用於測量生物學參數的裝置和方法

2023-04-30 17:18:56

專利名稱：用於測量生物學參數的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及安置在生理通道上的支承和傳感結構，其用於測量身體功能，以便處理由測量值所指示的異常狀況。
背景技術：
幹擾成分和變量可能是嚴重的誤差源，以造成實測生物學參數與臨床值不同。為了濾除所述幹擾成分，並且獲得無幹擾信號，侵襲性和半侵襲性技術被採用。這些技術具有很多缺點，包括難以在長時間內提供·連續的監視。非侵襲性技術也難以滿足臨床實用性要求。將傳感器定位在具有幹擾成分的皮膚上，由於存在所述幹擾成分和背景噪音，該背景噪音明顯超過與被測量的生理參數相關的信號，因此既不能獲得臨床有用的信號，也不能獲得精確號。最精密、準確和臨床實用的測定人和動物體內熱狀態的途徑是測量腦溫度。腦溫度測量對於疾病和健康而言是同等重要的關鍵和通用指示方式，並且是唯一的不能被情緒狀態而人為改變的生命信號。其它生命信號(心律、血壓、呼吸率)均會因情緒狀態或自發動作而受到影響並被人為改變。體溫是由血液溫度決定的，血液以遠紅外輻射的形式放射熱量。脂性組織(脂肪組織)吸收遠紅外輻射，並且人體實際上被附著在皮膚上的一層脂性組織保護著。由於以前的技術將傳感器放在帶有脂性組織的皮膚上，因此，不能夠通過皮膚測量溫度實現精密和準確的測量。由於看上去不能利用目前的技術進行腦溫度的非侵襲性測量，因此有人嘗試確定體內溫度，也即體中心溫度。目前使用一種侵襲性、人工、不方便且高成本的技術來測量體內(體中心)溫度，其包括將帶有溫度傳感器的導管插入尿管、直腸或食道中。然而，這種技術不適合於常規測量，會帶來痛苦，並且可能會帶來潛在的致命性併發症。半侵襲技術也曾被嘗試。Abreu在美國專利6，120, 460中公開了利用安置在眼瞼囊中的接觸透鏡來連續測量體中心溫度的裝置和方法，但接觸透鏡是半侵襲性裝置，其需要醫師處方，並且有時不容易將接觸透鏡安置在嬰兒甚至成人眼中，並且很多人害怕接觸他們的眼睛。用於連續和/或以體中心方式測量溫度的現有技術具有若干缺點和限制。目前的體溫測量是非連續、非體中心式的和需要護士參預的。護士需要將溫度計插入患者的口腔、直腸或耳朵中。為了獲取體中心溫度，護士以侵襲性方式將一個管體置入人體內，這有可能引起感染或需要消耗高費用的併發症。醫院中的常規體中心溫度測量和/或連續測量非常困難並且危險，因為需要採用侵襲性程序，以將管體插入體內或者服用測溫丸(thermometer pill)。測溫丸可能會引起腹灣，僅用於測量所攝取的流體/實物的溫度而不能測量體溫，並且如果測溫丸堵塞了胰或肝管，則可能會引起指明的併發症。如果將傳感器安置在皮膚上，由於存在包含脂肪組織在內的很多幹擾成分，因此不能提供臨床實用的測量。僅僅簡單地將傳感器放置在皮膚上，不可能精確且臨床實用地測量出腦溫度以及代謝參數、物理參數、化學參數等等。一個關鍵因素是存在脂肪組織。人與人之間的脂肪不同，脂肪會隨著年齡而變化，同一個人體內的脂肪量會隨時間而變化，脂肪會衰減來自血管的信號，脂肪吸收熱量，脂肪會阻礙遠紅外輻射的無幹擾傳輸，脂肪增加了體內受測成分與安置在皮膚表面上的外部傳感器之間的距離。現在需要提供一種方法和裝置，其通過將傳感器安置在皮膚上，從而以無痛、簡單、外部操作和安全方式來實現非侵襲性地、方便地、連續地監視腦溫度。還需要提供一種方法和裝置，其能夠方便地、非侵襲性地、安全地、精確地監視生物學參數，包括代謝參數、物理參數、化學參數等等。還需要提供一種方法和裝置，其通過將傳感器安置在生理通道上，以便獲得無幹擾且連續的生物學信號，從而測量出生物學參數。

發明內容
本發明提供了可滿足現有技術中需求的方法、裝置和系統。總體而言，本發明提供了一組傳感系統和報告裝置，它們可以單獨或組合使用，並且被設計成接觸生理通道以測量生物學、物理和化學參數。從解剖學和生理學角度看，本發明發現的通道是一個解剖學路徑，其將無幹擾生理學信號傳輸到外部。通道形成了體內功能(信號)源與皮膚上的通道末端處的外部點之間的直接無幹擾連接途徑。生理通道傳輸人體生理結構中的連續整體信號。來 自體內的無幹擾信號被輸送到位於通道末端的外部點。在通道末端安置在皮膚上的傳感器能夠獲取光學信號，而沒有幹擾成分和誤差源。本發明包括用於將傳感器在通道末端安置在皮膚上的支承結構。本發明公開的裝置用於測量腦溫度、腦功能、代謝功能、流體動力學功能、水合作用狀態、血液動力學功能、人體化學性能等等。本發明的組成部分包括利用貼片、夾子、眼鏡、頭部安裝機構等測定生物學參數的裝置和方法，其中傳感系統用於接觸生理通道，以提供關於佩帶者生理學狀態的精確且臨床實用的信息，並且提高佩帶中的安全性和身體性能；此外，提供有關被監視生物學參數的適宜報告裝置和警報裝置，以有助於增強和保護生命。本發明的其它組成部分用於基於測量到的生物學參數而產生作用於另一裝置的直接或間接作用，或是調節另一裝置或製品。為了找到更好的測量生物學參數的途徑，我們做了長期和仔細的研究，從而發現了人和動物的腦溫度通道(BTT)和其它生理通道。本發明首次認識到人體中的生理通道。本發明首次認識到皮膚表面上的通道末端，在此可以獲取並測量光學信號，而不存在幹擾成分和超過受測信號的背景噪音。本發明還首次識別並精確測繪出包含主入口點的通道的幾何形狀和位置。本發明還首次認識到可將傳感系統定位在主入口點以獲取光學信號。我們所做的仔細研究包括軟體研製，用以描述紅外輻射的特性，以精確地確定出通道的不同方面。通過這些研究，可以實現利用在生理通道末端安置在皮膚上的確定區域中的傳感器而以非侵襲性和連續的方式在人和動物體內測量腦(體中心)溫度和其它人體參數。
在生命保護和人體功能方面，腦溫度是關鍵作用和重要因素。腦組織是最容易受到熱損傷的人體組織，高溫和低溫均會造成損傷。腦溫度是用於確定人體熱狀態的最重要的臨床適用性因素，並且人腦產生的熱量佔人體所產生熱量的18至20%，這是一項非常重要的因素，因為腦的重量僅佔人體重的2%。腦中產生的大量熱能被保持在限定空間中，並且頭皮、頭骨、脂肪和CSF (腦脊液)構成了絕熱層。本發明通過識別出BTT，以避開絕熱屏障，並且提供了與腦生理和物理結構內部直接的聯繫。從解剖學和生理學的角度看，腦溫度通道被構造成腦中熱源與通道末端的外部點之間的連續、直接且無阻礙的連接。腦內的通道末端發生的物理和生理學過程被再現於通道位於皮膚上的相反末端。BTT使得熱能整體且直接地傳輸通過通道，而不會受到吸熱成分的幹擾，吸熱成分即能夠吸收作為熱量被腦中的血液傳送的遠紅外輻射的成分。為了定義一個BTT，需要具有用六個特性。這些特性是:I)該區域中沒有吸熱成分，即區域中必須不含脂性組織(脂肪組織)。這是定義溫度通道的關鍵且必需的特性；2)該區域中必須具有血管的末端分支，以傳輸整體量的熱能；3)末端分支必須是源於腦的血管的直接分支；4)末端分支必須位於淺層，以避免被深層結構例如肌肉吸熱；5)該區域必須在傳感器與熱源之間具有薄且可忽略的界面，以實現高熱流；6)該區域中必須沒有溫度調節動靜脈短路。所有上述六個特性存 在於內眥區域的皮膚上，該區域毗鄰眼內角位於內眥腱上方，並且位於上眼角的內側I / 3部分(medial third)中。更具體地講，BTT區域在皮膚上的末端尺寸為，在內眥腱處從眼內角開始測量具有大約Ilmm的直徑，並且向上延伸大約6mm，然後以牛角狀突出的形式延伸到上眼瞼中大約附加22mm。BTT區域是人體中唯一不帶脂性組織的區域，並且其附帶具有一個末端分支，其具有源於腦血管的淺層(表層)血管，並且其具有薄界面而沒有溫度調節短路。BTT區域由眼上靜脈的末端分支供血，眼上靜脈直接連結著海綿竇。海綿竇是由腦內的靜脈通道組成的襯有內皮的系統，其收集和儲存熱能。向BTT區域供血的血管系統中不存在溫度調節動靜脈短路，並且其毗鄰眼內角、在上眼瞼剛開始處的內眥區域的上側部位終止於皮膚。血管向內眥區域和上眼瞼上的皮膚傳輸無幹擾熱能，如圖1和2中的紅外圖像中的彩色以及黑白圖片所示。來自腦的無幹擾熱輻射被傳輸到位於通道末端的皮膚表面。熱能被傳輸到皮膚的一個區域，其中通道末端沒有脂肪。傳輸熱量的血管位於皮膚的緊鄰下方，因此沒有深層結構吸收紅外輻射。如果血管位於深層，則其它組織和化學物質會吸收熱量，這回導致測量的臨床實用性無效。BTT區域具有直接熱傳輸，並且BTT區域的皮膚是人體的最薄皮膚，不存在溫度調節動靜脈短路。最佳地測量溫度的非常重要的方面是不受脂肪組織幹擾並且直接傳輸熱量。在人體的這一特殊且獨一無二的區域中，通道末端沒有脂肪組織，因此可以無幹擾地獲得信號。前述六個特性使得紅外輻射能夠從腦無幹擾且整體地傳送出來，以呈現為BTT區域位置的直接熱傳輸，這一點可從紅外圖像圖片(圖1至8)看出。BTT和生理通道在本說明書中還被稱作「目標區域」。
從物理的角度看，BTT等價於一個腦熱能通道，其具有高的總輻射功率和高熱流。腦溫度取決於代謝率產生的熱能加上動脈向腦供應的熱能減去腦血流量排出的熱量所得到的值的平衡。組織與毛細血管之間的熱對流很高，並且大腦靜脈血的溫度與大腦組織相平衡。這樣，通過測量大腦靜脈血的溫度和熱能，可以測定出腦的主體溫度和熱能。眼上靜脈具有與海綿竇之間的直接、無幹擾的聯繫，並且在血細胞比容為45%的情況下以3.6J.moF1.ΓΟ—1的熱能容量攜帶大腦靜脈血。通過安置一個傳感器，以便在俘獲BTT末端由大腦靜脈血傳輸的熱能，可以測定出大腦熱動力學響應、熱能和腦溫度。有關BTT和生理通道的研究涉及到多種工作和探索，其中包括:1)黏膜和淺層人體區域的體外組織學分析；2)人和動物外部區域溫度測定的體內研究；3)熱源的體內功能性血管造影測定；4)BTT區域的組織形態測定特徵的形態學研究；5)熱電偶、熱敏電阻和遠紅外對BTT區域的溫度進行體內測定；6)將BTT區域測量值與眼內解剖學以及目前標準的最常使用的(口腔)溫度測量結果作比較；7)進行冷熱激發，以確定BTT的溫度穩定性；8)進行紅外成像和確定等溫線。用於測定通道幾何形狀的軟體也被研製出來並被使用。利用預先同等校準的熱敏電阻同時測量基準溫度和BTT區域溫度。具有多通道的專用電路被設計出來，以用於實驗和數據收集。

BTT區域溫度測量顯示出，BTT區域和作為中央神經系統延續部分的眼內結膜解剖學結構的溫度信號幾乎相同。在實驗中測量眼內結膜解剖學結構的溫度被Abreu描述於美國專利N0.6，120，460和6，312，393中。BTT和眼內之間的平均溫度級別差值在0.TC(0.18 °F)之內，並且平均正常體溫值為:BTT處37.1°C (98.8 °F)，眼內37°C (98.6°F)。此外，進行了同標準的最常使用的口腔溫度的比較。BTT區域的溫度電壓信號顯示出，BTT區域的平均溫度級別比口腔溫度高0.3°C (0.5 T)。通過鍛鍊或者加熱房間，對象經受冷激發和熱激發。BTT區域的溫度降低和升高與口腔溫度的降低和升高成比例。然而，BTT區域的溫度變化速度比口腔快大約1.2分鐘，並且在某些情況下BTT區域的溫度要高0.5°C (0.9T)。不同人種、性別和年齡的對象被測定，以確定出不同人的BTT區域的精確位置並識別任何解剖學差異。我們發現BTT區域對於所有對象而言均位於相同位置，而沒有顯著的解剖學差異，這一點可以從不同對象的紅外成像樣品看出。通道位於密集解剖學區域，因此，對傳感器定位需要有特殊的幾何形狀，以便光學對準通道末端。只有通過將傳感器相對於解剖學界標(解剖學界標)和支承結構專門定位，才能實現臨床實用性。通道位於獨一無二的位置，其具有獨特的解剖學界標，以有助於限定外部幾何形狀和通道末端的位置。通道的主入口點(main entry point)是定位傳感器的優選位置，要求傳感器優選被安置在支承結構的外邊緣。通過接觸生理通道而測量生物學參數的優選實施例包括安置在支承結構的特定幾何位置上的傳感器。支承結構包括裝有傳感器的貼片。出於解釋的目的，任何包含粘結劑用以在通道末端固定在皮膚上的結構可被稱作貼片，其中包括帶有粘結性表面的粘帶，例如邦迪創可貼即粘結性繃帶。可以理解，各式各樣的附著結構可以被使用，包括粘結劑、採用彈簧張緊壓力的結構以及基於其它附著方法例如彈性、橡膠、膠墊等的結構。貼片適合於將傳感器定位在通道末端，以光學獲取信號。為固定在所述區域上，貼片優選具有貼附在皮膚上的粘結性襯墊，當然，也可以採用將粘結劑與其它用於將傳感器穩定貼附在通道上的結構例如緊固或壓力結構相組合。支承結構還包括夾子或結構，它們通過或不通過粘結劑定位在通道末端並且通過壓力方式固定在所述區域。任何利用壓力方式在通道末端固定在皮膚上的結構可以被稱作夾子。頭部安裝結構是安裝在頭部和頸部的結構，其用於將傳感器定位在通道末端，並且包括帶有與通道相鄰的配件的頭箍、護目鏡、頭盔、頭戴式耳機、包圍著耳朵的結構等等。為了便於描述，術語TempAlert (溫度鬧鐘)在這裡被採用，其為用於測量BTT區域溫度並且報告測量值的裝置，同時其裝有在特定級別達到後啟動的警報裝置。支承結構還包括任何具有傳感裝置並且該傳感裝置被安置在通道末端的物品。支承結構還包括眼鏡上的內眥部件。內眥部件在此也被稱作內眥墊(medialcanthal pad)並且包括一個墊或片，用以將傳感裝置在位於通道頂部的內眥區域定位在皮膚上，其中所述內眥部件可以永久性連接或安裝在眼鏡上。組合在眼鏡上(固定地或可拆下地)以便接觸通道的任何傳感裝置這裡稱作EyEXT，其包括用於探測物理和化學參數的裝置。任何具有視覺功能、眼睛保護或面部保護功能並且具有一個與通道相接觸的部分的製品在這裡被稱為眼鏡，並且包括傳統眼鏡、處方眼鏡、閱讀用眼鏡、太陽鏡、任何類型的護目鏡、面罩(包括氣體防護面罩、手術用面罩、服裝面罩、潛水面罩、睡眠用眼罩等)、安全眼鏡
坐坐寸寸ο為了進行腦溫度測定，通道區域包括內眥區域和沿內角的上側部位。為了進行腦功能測定，通道區域主要包括上眼瞼區域。為了進行代謝功能測定，通道區域包括毗鄰眼內角的區域以及上下眼瞼。測量代謝功能、 腦功能、致免疫功能、物理參數、物理-化學參數等需要使用各種支承結構，支承結構帶有與生理通道相接觸的傳感器。傳感器貼附在皮膚上，緊鄰眼內角，優選位於內眥區域的上側部位。傳感器還可以安置在上眼瞼的內側I / 3部分。傳感器最優選位於通道的主入口點，該主入口點在皮膚上位於眼內角內側2.5mm並且高於眼內角大約3_。主入口點的直徑為大約6至7_。將傳感器定位在通道的主入口點，提供了測量人體物理和化學參數的最佳位置。可以理解，除了在目標區域與皮膚接觸的傳感器以外，還可以使用不與皮膚接觸的傳感器。例如，可以使用基於紅外線的溫度測量系統。測量採用物理中的史蒂芬一玻爾茲曼定律，其中總輻射與絕對溫度的四次方成比例；以及維恩位移定律，其中輸出峰值波長和溫度是恆定的。本發明的非接觸型紅外裝置被構造成匹配於皮膚上的BTT區域的尺寸和形狀。本領域中各種公知的透鏡可以被用於實現本發明的應用所需的視場。例如，但不局限於此，熱電偶可被構造和按職稱具有指向BTT區域在皮膚上的主入口點的視場。然後，信號被放大，轉換成電壓輸出，並被MCU (微控制器)數位化。基於紅外的系統可被集成在與人體相接觸的支承結構例如本發明的支承結構中。此外，可以理解，本發明的基於紅外的系統可以被集成為可攜式或手持式單元，其可以完全與人體分離。本發明的裝置可以被一個操作者保持，以將該裝置指向BTT區域以實施測量。該裝置還包括一個延伸部，該延伸部被成形為可被舒適地安置在BTT部位以便測量生物學參數，而不會使受測對象感到不舒服。在BTT部位與皮膚相接觸的延伸部被根據解剖學界標以及BTT部位的幾何形狀和尺寸來成形。紅外輻射傳感器被安置在延伸部中，以接觸皮膚，從而接收從BTT部位發出的輻射。本發明提供了一種用於測量生物學參數的方法，包括以下步驟:將一個傳感裝置在腦通道的末端定位在皮膚上；產生代表由所述傳感裝置測量到的生物學參數的信號；報告測量到的生物學參數的值。本發明還包括一種利用非接觸紅外測溫技術測量生物學參數的方法，包括以下步驟:將紅外檢測器安置在BTT部位，其中檢測器的視場包圍著BTT部位；產生與測量到的紅外輻射相對應的信號。生物學參數包括溫度、血液化學性能、代謝功能等。血液成分的溫度和被用於化學分析的能力與血液灌流量成比例。本發明發現，通道區域，這裡也稱為目標區域，具有頭部最大淺層血液灌流量，具有與腦的直接聯繫，血管是大腦血管的直接分支，並且沒有溫度調節動靜脈短路。我們認識到，目標區域具有最高人體表面溫度，這一點可從對人體和眼睛發出的紅外射線的實驗測量所產生的圖片中看出。我們發現的目標區域不但具有整個人體上最薄和且最均質的皮膚，而且是唯一不帶脂肪層的皮膚區域。由於脂肪吸收大量輻射，因此信號會被顯著衰減。此外，其它皮膚區域只能提供不精確和不準確的信號，這是因為不同人體內的脂性組織差別很大，並且脂肪組織隨著人的年齡增長而顯著改變。脂肪層幹擾不會出現在目標區域。此外，與人體其它皮膚不同，目標區域的綜合特性使得能夠獲取精確的信號和良好信噪比，即信號遠遠超過背景噪音。此外，體溫，例如人體其它部位的皮膚表面的溫度，會隨環境而變化。本發明另一個重要發現是證實了目標區域不會受環境變化的影響(所做實驗包括冷熱激發)。目標區域提供了溫度測量用最佳位置，其具有穩定的溫度，並且可抵抗外界條件。我們發現的目標區域與腦具有直接聯繫，不受外界影響，並且能夠以自然、完全熱密封且穩定的方式提供體中心溫度。本發明的裝置和方法可實現精確性臨床實用性，其以非侵襲的方式將溫度傳感器安置在皮膚上以直接接觸來自腦的熱源，而不會受到吸熱成分的幹擾。目標區域被高度血管化，並且是唯一的下述皮膚區域，即大腦血管位於淺層並被薄皮膚覆蓋，而沒有脂肪層。眼靜脈的末端分支的主幹剛好位於BTT區域並且位於內眥腱的緊鄰上方，並且設有瞼內側動脈和框內靜脈。皮膚上的BTT區域被一個終端和淺層血管供血，該血管終止於一個不包含溫度調節動靜脈短路的特定區域，因此BTT區域可提供無幹擾的淺層生物學信號源，所述信號包括腦溫度、代謝功能、物理信號和人體化學性能例如葡萄糖級別等等。紅外頻譜是一種基於物質對紅外輻射的吸收的技術，其根據該物質的獨一無二的分子振蕩模式來識別該物質，其中分子振蕩模式以電磁頻譜紅外區中的特定諧振吸收峰值來描繪。每種化學物質均以獨一無二的方式吸收紅外輻射，並且具有唯一的吸收頻譜，該吸收頻譜取決於物質的原子和分子結構以及振動和旋轉振蕩模式。這種獨一無二的吸收頻譜使得每種化學物質基本上具有其自己的紅外頻譜，這種紅外頻譜類似於指紋或籤字，可被用於識別每種所述物質。包含各種紅外波長的輻射發射到受測物質，根據比爾-朗伯定律，輻射的吸收值取決於所述受測化學物質的濃度。幹擾成分和變量例如脂肪、骨頭、肌肉、韌帶和軟骨會構成重大的誤差源，由於背景噪音顯著超過所需測量的物質的信號，因此它們特別有害。由於這些幹擾成分不存在於BTT區域的皮膚上，因此安置在BTT處的傳感系統能夠獲取具有最小噪音的光學信號，包括基於頻譜測量方法的測量信號。集成在本發明所公開的支承結構中的頻譜測量裝置可以精確地、非侵襲地測量血液成分，因為主要偏差和誤差源例如脂肪組織不存在於目標區域中。此外，其它對發射的電磁能量造成幹擾的關鍵成分例如肌肉、軟骨和骨頭也不存在於目標區域中。傳輸紅外輻射的血管位於淺層，並且紅外輻射被傳輸到通道末端而被會受到其它結構的作用。紅外輻射所必須穿過的唯一結構是非常薄的皮膚，其不會吸收紅外波長。本發明包括紅外頻譜測量裝置，以提供臨床實用的測量，以便在通道末端精確且準確地確定血液成分的濃度。除了利用傳輸到目標區域的電磁能量的頻譜測量方法以外，本發明還公開了一種裝置和方法，其通過從目標區域射出的遠紅外輻射來測量相關物質。另外，除了近紅外頻譜和熱輻射以外，其它措施也被公開以便在目標區域測量相關物質，其中包括電滲透方法，作為一種通量，電滲透通過離子透入或反向離子透入而被加強，其中通過施加電能而增大穿過皮膚的流體量。另外，經皮光學裝置也可以被集成在包括內眥部件、改型鼻墊和眼鏡架等在內的支承結構中，其中該裝置被按職稱接觸通道。可以理解，通過施加電流、超聲波以及化學流動增強劑，電穿孔和其它裝置可以被使用，以提高通道部位的滲透性，例如使用鹼性鹽來增加葡萄糖的流量。此外，可以利用雷射或其它方式在目標區域產生穿透皮膚的微孔，然後將傳感器安置在BTT部位，這樣就可以測量化合物。此外，安裝或布置在諸如眼鏡架或鼻墊等支承結構中的液囊可以利用各種途徑向BTT部位透皮傳輸物質，這些途徑包括離子透入、超聲波導入、電壓縮(electrocompression)>電穿孔、化學或物理滲透增強劑、靜液壓等等。除了測量血液中的實際含氧量以外，本發明還公開了用於測量氧飽和度以及氧合血紅蛋白的量。在本實施例中，支承結構的內眥部件或眼鏡改型鼻墊包含LED，用以發出大約940和660納米兩個波長的光。隨著血液含氧量變化，以兩個頻率發出的光的比例改變，從而指示出氧飽和度。由於血液級別是在生理學腦通道末端測量的，因此可測出腦的動脈血中的氧合血紅蛋白的量，這是運動行為和健康監視中的最有價值和關鍵的參數。本發明還提供了用於測量生物學參數的方法，其包括以下步驟:將電磁輻射引導至位於皮膚上的BTT區域；產生代表所產生的輻射的信號；將該信號轉換成生物學參數的測量值。除了通過電纜進行無源(被動)無線電發送或通信以外，也可以使用有源(主動)發射器進行有源無線電傳送，其中具有超小型電池的發射器被安裝在支承結構上。無源發射器利用從外界源供應的能量進行操作。轉發傳感器(transensor)利用代表生物學參數級別的不同頻率將信號發射到遠程位置。超聲波微電路也可以被安裝在支承結構中，並且被能夠檢測目標區域化學和物理變化的傳感器調製。信號可以以調製聲音信號的形式傳送，特別是在水中，因為在水中聲音的衰減小於無線電波。
一個優選實施例包括支承結構，該支承結構由利用粘結劑而被佩帶或附著在通道上的貼片構成，並且包含結構支撐部、用於測量生物學參數的傳感器、電源、微控制器和發射器。各個元件可以被組合在一個系統中，或者也可以以分立元件的形式工作。傳感器優選安置在距離貼片的外邊緣7_的範圍內。本發明的裝置可以包括一個位於貼片外邊緣以檢測溫度的溫度傳感器。發射器、電源和其它元件可以具有任何尺寸，並且可以安置在貼片中的任何位置上或是連接到貼片上，只要根據本發明的原理將傳感部分安置在貼片邊緣即可。貼片中的傳感器毗鄰皮膚安置在內眥區域(眼內角)上，並且位於距離內眥腱大約2mm處。傳感器優選包括電傳感器，但也可以採用非電類系統，例如響應於溫度變化的化學系統，包括Mylar (聚酯薄膜)。除了貼片，用於在生理通道測量生物學參數的另一個優選實施例包括內眥墊。這種內眥部件具有容納著傳感器以接觸通道的專門結構，並且適於被佩帶或附著在眼鏡上以貼附通道，而且包含結構支撐部、用於測量生物學參數的傳感器、電源、微控制器和發射器。各個元件可以被組合在一個系統中，或者也可以以分立元件的形式工作。傳感器安置在BTT區域。發射器、電源和其它元件可以安置在內眥墊中或眼鏡的任何部位。通過內眥部件或是眼鏡鼻墊的延伸部，可以接觸生理通道，以將傳感裝置貼附在BTT區域上。本發明的裝置包括位於內眥墊中的溫度傳感器。對於溫度測量，傳感系統安置在包含眼的內眥角和上眼瞼的區域內。內眥墊中的傳感器優選毗鄰內眥區域(眼內角)安置在皮膚上。儘管用於測量腦溫度的一個優選實施例由內眥墊構成，但可以理解，本發明的範圍還包括具有能夠接觸通道的幾何形狀和尺寸的鼻墊，鼻墊配備有溫度傳感器，後者優選位於鼻墊的外邊緣，以實現測量腦溫度和其它功能。包含有傳感器並且通過特定的幾何形狀來適當地定為在BTT區域的加大尺寸或改型的鼻墊同樣包含在本發明中。通過本發明的公開內容，並且根據本發明利用解剖學界標，傳感器可以在通道末端精確安置在皮膚上。然而，由於皮膚上不存在有關通道尺寸和幾何形狀的外部可見標識，因此可通過附件來實現通道末端在皮膚上的可視化、測繪成分布圖或測量。這些附件對於裝配內眥墊或眼鏡改型鼻墊特別有用。 因此，可以使用熱電偶或熱電堆的紅外檢測器可被用作附件，以識別最大熱輻射點並且對所述區域進行測繪。紅外成像系統或溫場照相裝置優選被採用。在這種情況下，出售眼鏡的光學器材商店可以配備有熱成像系統。光學人員、技師等對該區域生成紅外圖像的圖片或膠片，並且對特定使用者的通道進行實時局部定位。然後，可以基於熱紅外圖像對內眥墊或改型鼻墊進行調節，以匹配於特定使用者。這樣就產生了基於熱紅外圖像進行了適配調節後的眼鏡。這使得能夠根據使用者的單獨需求來定製適配。任何溫場照相型系統可被使用，包括一些具有極大視覺衝擊性和解析度的系統，例如三維彩色熱波成像系統。本發明的另一個方面是提供了一種局部定位通道的方法，其可被用於例如光學器材商店中，包括以下步驟:測量熱紅外輻射；基於紅外輻射產生圖像；檢測具有最大紅外輻射量的區域。還可以包括另一個步驟，即在支承結構中調節傳感器，以匹配於最大紅外輻射區域。一種支承結構包括內眥部件或眼鏡鼻墊。可以利用熱成像方法進行適配處理，但貼片也可以通過下述方法定位在通道上:貼片具有外部指示器，使所述指示器對準一個永久性解剖學界標例如眼內角。儘管眼鏡的內眥部件可以具有用於精確定位的外部指示器，但由於光學人員習慣於根據使用者的解剖學結構來調配眼鏡，因此通過熱成像方法，可以比內眥部件或眼鏡改型鼻墊上的外部指示器更好地調配眼鏡。信號源對於測量的臨床實用性而言是一項關鍵因素。腦是人體健康狀態的關鍵且獨一無二的指示器。來自腦或腦區域的信號可以提供大部分的臨床實用數據。下面將描述根據另一個實施例來測量生物學參數。汗液中的鈉或其它元素的含量是運動員和軍人的安全性和身體性能的關鍵因素，也是健康監視的關鍵因素。例如，低鈉血(鈉含量減小)可能導致身體性能下降甚至死亡。低鈉血可能會因過量喝水而導致，並且通常出現在大強度物理鍛鍊和軍事訓練中。汗液被認為是血液的超濾液。在頭部向皮膚供血的血管是中央神經系統血管的分支。來自這些血管的汗液中的化學物質可代表大腦血管中存在的化學物質的量。例如，來自頭部血管的汗液中的鈉的濃度隨出汗速度而變化。根據本發明的裝置和方法，可以在汗液中的鈉級別達到對於特定佩帶者而言的某一閾值時提供警報信號。利用集成在眼鏡和其它安裝在頭部或配合在頭部或面部的支承結構上的適宜的電極和適宜的傳感器，可以確定汗液和皮膚表面存在的各種化學元素、電解質和PH值。所述電極優選為微電極，可以被汗液和皮膚表面的多種反應性化學成分激活。不同的化學成分和物質可以擴散穿過適宜的滲透膜，以激活適宜的傳感器。作為示例，但不局限於此，電化學傳感器可以被用於測量各種分析物，例如用葡萄糖氧化酶傳感器測量葡萄糖，而毛果芸香鹼離子透入方法可以單獨或與維流體系統組合使用以測量電解質。還可以理解，除了本發明的支承結構，其它物品例如鐘錶、服裝、鞋襪等等也可以被構造成用於測 量汗液中存在的物質例如電解質，然而，這些物品對於在中央神經系統之外測定個體代謝狀態而言的臨床適用性較低。身體異常可能導致源於頭部和頸部血管的汗液的pH值、滲透壓和溫度的變化，以及下述物質的濃度變化:乳酸、葡萄糖、脂類、荷爾蒙、氣體、界標、感染因子、抗原、抗體、酶類、電解質例如鈉、鉀和氯化物。眼鏡和任何頭部機構可以被構造成用於測量汗液中物質的濃度。安裝在眼鏡腿端部並且位於耳朵後面或者安裝在鏡片邊框並且抵靠著前額的超微玻璃電極可以被用於檢測二價陽離子例如鈣以及鈉和鉀離子，以及檢測PH值。氯化物離子檢測器可以被用於檢測汗液和皮膚表面的鹽濃度。汗液中存在許多製劑，包括生物戰劑和HIV病毒，並且可以通過下述方式檢測出它們:利用眼鏡或位於頭部或面部的支承結構，使塗覆了抗體的傳感器抵靠在製劑上，以產生具有比色反應外觀的光化學反應和/或隨後將造成電壓或溫度變化的勢移，這些結果可被檢測並發送到監視站，或者利用聲頻或視頻裝置局部報告。當存在抗原-抗體反應時，電催化抗體也能產生電信號。還可以理解，其它物品例如鐘錶、服裝、鞋襪等，或者任何能夠俘獲汗液的物品，可以被構造成用於根據本發明的原理來識別抗原、抗體、感染因子、界標(癌症、心臟、遺傳、代謝、藥物等等)。然而，離開中央神經系統識別這些元素具有較低的臨床適用性。汗液中的流體的不同的量可以容易地被量化，並且可以基於汗液中的流體量校準物質的濃度。血液中的化學物質和分子的濃度以及汗液中所述化學物質的量可以被數學描述和在計算機中編程。本發明還包括眼鏡或支承結構，其中能夠測量神經纖維負電阻的射頻轉發傳感器安裝在眼鏡或支承結構上。通過測量電阻，可以檢測出微生物、藥物和毒藥的作用。系統還包括眼鏡，其中超微射線感應型轉發傳感器被安裝在所述眼鏡或支承結構中。腦富含血管並且接收大約15%的靜態心排血量，而且由於沒有脂肪，因此通道可以提供出一個光學信號獲取區域，以用於測定血液動力學。因此，通過安裝在眼鏡或支承結構中的振蕩石英微晶體的衰減的變化，可以測定血粘度的變化；此外，本發明可以用於通過來自腦的血管的不會受損的管壁來測量血壓並且提供瞬時和連續的血壓監測，並且測定血液動力學和流體動力學特性。此外，通過提供一個接觸型麥克風，可以利用聲波裝置測量動脈壓力。通過安裝在內眥墊中的微套箍或是通過眼鏡腿，可以向血管施加壓力。也可以通過剛性結構施加壓力，並且在需要產生與血液湍流相關的聲音時應觸及優選的通道末端點。心縮期(心臟收縮)和心舒期(心臟舒張)的特徵性聲音可以被麥克風俘獲。集成在內眥墊中的麥克風可以被構造成用於識別心臟聲音。集成了信號處理用電子器件和麥克風的壓力傳感器例如電容式壓力傳感器可以被組合在相同的矽結構中，並且可以安裝在內眥墊內。運動傳感器和/或壓力傳感器可以安裝在內眥墊內以測量脈搏。可逆的機械膨脹方法、光度測定方法或電化學方法以及電極可以被用在本發明的眼鏡或支承結構中，並且用於檢測酸度、氣體、分析物濃度等等。利用安裝在眼鏡或其它支承結構中的微極譜傳感器，氧氣可以根據其磁特性而被測定或是被分析。安裝在眼鏡或其它支承結構中的超微麥克風也可以被構造成用於檢測來自心臟、呼吸、流動、聲腔和環境的聲音，該聲音可被檢測和傳送到遠程接收器，或者被局部聲頻和視頻裝置報告。傳感器被構造和定位成在通道末端監視生物學參數。眼鏡或其它支承結構還可以產生和發射可識別信號的元件，而且這一程序可以被用於定位和跟蹤個體，特別是在軍事形動中。永磁體也可以被安裝在眼鏡中並且用於實現前述安裝。定頻率發射器可以安裝在眼鏡中並被用作跟蹤裝置，其利用衛星跟蹤系統來接收從定頻率發射器項運行的衛星發射的頻率，或者通過全球定位系統記錄頻率。通過在眼鏡中安裝加速度計，可以檢測出運動和減速。將眼鏡用作跟蹤裝置可以被用於定位被綁架的個體或者用在營救行動中，因為眼鏡通常是不受懷疑的物品。通過使用集成電路，並且採用對傳感器、電源和信號處理技術所作改進，可以使得組成元件被顯著小型化，從而允許將多個傳感器安裝在一個單元中。本發明提供了連續自動監 視腦溫度的途徑，而不需要護士參與。本發明可以識別體溫峰值(temperature spike)。因此,可以及時進行適當的診斷和啟動治療。對於識別出體溫峰值和引起感染的生物而言，時間是非常重要的。如果延遲了識別峰值以及啟動對感染的治療，可能導致患者死亡。本發明可及時且自動地識別體溫峰值，並且防止出現併發症。本發明還能警告使用者過熱或低體溫，以實現:1.適當的水合作用；2.提高身體性能；3.提高安全性；4.在腳踏車和其它運動器材中實現反饋控制，以保持適當的水合作用和能力。每年都有許多運動員、建築工人、大學生和普通公眾因中暑而意外死亡。一旦腦達到一定溫度級別例如40°C，就會出現幾乎不可逆的過程。由於沒有特殊症狀，並且在達到一定點後腦溫度會迅速升高，因此中暑是具有最高死亡率的疾病之一。中暑發作得越嚴重、越拖長，預期出現的後果越壞，特別是在延遲了冷卻的情況下。如果不能測量體中心溫度並且在溫度超出安全級別後啟動警告系統，就不能防止高體溫和中暑。本發明提供了利用警告系統連續監視溫度的裝置，其能夠防止達到危險級別，並且如果需要則採取冷卻措施。本發明的裝置可以被構造成以無阻礙的方式被運動員、軍人、工人和普通公眾使用。人體的化學反應取決於體溫。高體溫可能導致酶變化和蛋白質變性，而低體溫可能使生命化學反應減速。水合作用取決於腦溫度，而且流體損失會導致腦溫度升高。提問的最小波動就可能對身體性能有負面影響，並且增大發生疾病和威脅生命事件的危險。因此，使運動員、體育鍛鍊者、軍人、警察、消防員、森林巡護員、工廠工人、農民、建築工人以及其它專業人員具有精確的裝置來讓他們知道自身的腦溫度是必要的。在體中心溫度升高時，在其它情況下被用於肌肉的血液此時被用於通過呼吸和出汗而進行冷卻。當體溫變化到超過了狹窄的優選範圍後，人體會自動進行這種冷卻。這部分血液的功能轉移會最終損害身體物理性能，並且腦組織熱感應損失會干擾正常認知功能。高強度鍛鍊可能會使肌肉中產生20倍的熱量。為了防止因中暑而導致高體溫和死亡，運動員會飲水。由於水是以隨機的方式攝入的，因此有時會發生可能導致死亡的水中毒，這種情況會發生在許多健康人包括馬拉松運動員和軍人身上。水過多(水合過度)和缺水(脫水)均會導致身體性能降低，甚至死亡。因此，使個體具有精確的裝置來使其知道何時飲水和引水量是必要的。通過利用本發明監視腦溫度，可以實現適當的水合作用，運動員和軍人可以精確地知道何時飲水和引水量。根據體中心溫度及時攝取流體，可以使心血管功能最佳，並且避免熱應變。由於從攝取流體到人體吸收所述流體具有一定延時，因此本發明的方法包括在較低的體中心溫度例如38.5°C時給出需要攝 取的信號，以應對所述延時，並因此而避免發生耗盡。可以根據每個個體、體育鍛鍊者、外界溫度來調節溫度閾值。此外，可以根據在BTT部位所獲得的數據編製程序，以使身材適合度、運動員身體性能和安全性最佳。可以確定出特定運動員的為維持最佳身體性能所需的體溫上限值以及用於產生軟體以便在運動員比賽時進行引導所需的數據。例如，可以通知運動員需要引用冷流體，以防止達到特定腦溫度級別，該特定腦溫度級別被確定為可導致運動員的身體性能下降。所確定的最佳身體性能所需的腦溫度級別可以被用於指導運動員在進行比賽和訓練時如何分配體力。高體溫還會影響心理能力，而且基於來自BTT的數據的軟體可以被製作出來，從而以針對個體的方式為消防員產生最佳的心理和肉體性能。不同人受高體溫有害影響的閾值不同，因此為所有使用者設置同一個級別將導致某些人的人體功能利用不充分，而另外一些人會有身體性能降低的危險。同樣，低體溫會顯著降低運動耐久力和心理能力，因此同樣的措施可被用於低體溫狀態。確定腦溫度、氧和乳酸級別也能夠用於提高運動員訓練、減肥訓練，以及監視訓練效果。本發明的系統，、方法和裝置提供了用於提高安全性、使職業運動員和業餘運動員減肥的途徑。本發明一個方面提供了一種用於精確且及時地攝取流體的方法，其包括以下步驟:報告實測信號；基於實測信號攝取一定量的流體。還可以包括其它步驟，例如利用可複製聲音的報告裝置或是視頻裝置，以指導飲用何種飲料以及引用多少飲料，以降低體中心溫度。可以理解，根據本發明的原理，本發明的方法可以將溫度測量與汗液或血液中的鈉的測量相組合。兒童不能像成人那樣耐熱，因為他們的身體的發熱與身體尺寸之比高於成人。兒童也不能對溫度變化作出快速調節。此外，兒童的皮膚表面積與他們的身體尺寸之間的比值較大，這意味著他們會因皮膚蒸發而損失更多的水。可以理解，內眥墊的不同尺寸、形狀和設計，包括兒童規格，可以用在本發明中。配備有傳感器的兒童眼鏡可以具有增益無線電發射器，其能夠將信號傳送到遠程接收器，並且向兒童家長發出危險溫度級別警告。眼鏡可以配備有檢測系統，以便在眼鏡被摘下後或者溫度傳感器不能以適當方式獲取信號時發出信號。出於解釋的目的，但並不局限於此，壓力傳感裝置可以組合在眼鏡腿末端，以檢測眼鏡是否被佩戴著，而且壓力信號的突降代表眼鏡被摘下，或者，傳感器的錯位也能夠產生一個可識別的信號。粘結劑、雙面膠帶或其它用於提高抓持力的裝置可以用在內眥墊中，以確保更穩定的位置。可以理解，眼鏡可以配備用於檢測外界溫度和溼度的傳感器，以精確地警告佩帶者任何可能影響熱狀態的因素。在當前的工業、核能和軍事設施中，個人可能需要穿戴防護服。儘管防護服可以保護人不受有害物質侵襲，但這種服裝增加了儲熱率。可以理解，本發明可以連接到具有調節滲透性功能的防護服，以自動地將體中心溫度保持在安全極限內。另外，本發明可在個體處在海邊或進行室外活動時警告個體熱損傷的危險(起皺紋和癌症的危險)。當人處在海邊、在體育場觀看比賽、野營或者暴露在太陽下時，太陽的輻射能量被人體吸收並轉化成熱能。向人體傳輸熱量的各種途徑之間的組合會導致體溫升高，這一點可從腦溫度反映出來。在沒有陽光的情況下，熱對流和傳導同樣會導致體溫升高。從環境中吸取熱量將導致分子的平均動能增加，從而導致體中心溫度升高。體中心溫度的級別與皮膚熱損傷的危險有關。在達到一定的熱級別後，又導致皮膚中的蛋白質改性和膠原斷裂的危險。這一點可以用煎蛋時出現的變化做比喻。在一定量的熱輻射傳輸到蛋上後，蛋白從流體透明狀態變為硬質白色結構。在蛋白達到特定溫度級別後，結構變化成為永久性的。在因暴露在陽光下而導致體中心溫度升高到特定級別後，例如在靜態下(例如日光浴)達到37.7V至37.9°C，可能會發生熱損傷，並且用於蛋白質和膠原的破裂，有形成皺紋的危險。升高的腦溫度與人體吸收的熱輻射量相關，並且在某一體溫級別下持續的時間乘以體溫級別所得到的值可以作為熱損傷、皺紋形成和皮膚癌的指標。本發明提供了一種警報系統，其能夠在需要避免陽光暴曬時啟動實施警告，以便防止進一步吸收熱輻射和降低皮膚發生變化的危險，這種皮膚變化可能會發生在進行室外活動或位於海邊時。另外， 皮膚熱損傷會阻礙皮膚自我冷卻，並且可能導致發生脫水以進一步增加體溫的危險。本發明有助於使暴露在陽光下和進行室外活動的人保持美麗和健康，同時又使得他們能夠享受陽光並獲得陽光所帶來的益處。通過本發明，一種定時陽光照射的方法包括以下步驟:測量體溫；報告實測值，並且基於實測級別避免陽光照射超出特定時段。在美國和歐洲，低體溫是室外活動中的第一號殺手。低體溫也會降低運動員身體性能並導致傷害。很難檢測低體溫，因為其症狀是完全模糊不清的，例如喪失方向感和感到笨拙，這難以從正常行為中分辨出來。如果不測量體中心溫度並且配備警告系統，那麼當體溫超出安全級別後，由於症狀模糊不清，因此不能防止低體溫。本發明可以在個體進行滑雪、潛水、登山、徒步旅行時警告其低體溫。本發明提供了在達到特定溫度閾值時精確提示的途徑，不論是溫度過高還是過低。本發明連續監視腦溫度，並且一旦出現體溫峰值或發燒，就會啟動診斷系統以確定是否有感染因子存在，這一點可在BTT部位局部進行，或者感染因子可以從人體其它部位例如血流或眼囊中識別。本發明還可以連接到藥物投放裝置，以根據BTT部位產生的信號而自動實施藥物治療，包括利用經皮裝置、離子透入或利用泵來注射。本發明還包括用於計劃生育的工具。這種系統可以檢測基礎體溫的峰值和變化，並且識別出排卵時間和確定月經周期。這使得婦女能夠計劃懷孕和避孕。這樣，不必使用侵襲性裝置來監視人工授精的時間，不但適用於人類，也適用於動物。本發明還能夠檢測子宮收縮(分娩)的開始，並且使得動物能夠安全生育。支承結構可以同樣用於動物的BTT。本發明還包括根據BTT的測量值進行自動氣候控制。可通過使用者的體溫控制汽車內的溫度。在人體開始變暖時，本發明的裝置根據使用者的設置自動啟動空調，或者在人體變冷時啟動加熱器。這種自動功能使得駕駛員能夠將精力集中在道路上，因此而降低撞車的危險。可以理解，其它能夠影響體溫的物品例如車輛座椅可以通過本發明而被控制。同樣，通過直接啟動恆溫器，或者通過藍牙技術，可以在家中、辦公室或任何限定區域中進行自動氣候控制。除了方便和舒適以外，這種自動功能還能夠節約能量，因為恆溫器的全部手動切換將導致能量消耗的急劇增加。可以理解，根據本發明的原理，任何體溫測量系統可以提供自動氣候控制和調節物體溫度的功能。本發明還包括用於減肥的方法。該方法包括在減肥過程中基於人體熱量的增加而堅實溫度，以達到減肥的目的。該系統可以在減肥過程中警告減肥運動者，以防止其因過熱而受傷或死亡。該系統可以監視作為減肥過程的一部分而進行桑拿浴、溫泉浴等的人的體溫，以防止損傷並提高效果。此外，還提供了除保持健康之外增強記憶力和身體性能的方法，其中利用自動機構基於本發明測量的腦溫度來控制外界溫度和周圍溫度。人類用大約三分之一的時間睡眠。在睡眠時會發生很多體溫變化。人體的所有新陳代謝和酶促反應取決於適宜的溫度級別。作為示例，在睡眠中，適宜地控制外界溫度，使之匹配於體溫需要，是新陳代謝的關鍵因素。與體溫相匹配的適宜的外界溫度和對象周圍溫度不但能使人更好地睡眠，而且能提高酶促反應效率，從而增強心理能力和免疫反應。各式各樣的物品例如毯子、衣服、帽子、床墊、枕頭或者任何與身體向接觸 或位於人體附近的物體可以被構造成能夠根據本發明提供的溫度信號來升高或降低其溫度。人體在夜間會自然變冷，而且許的人會因溫度影響而經歷不安靜睡眠並在被子中連續翻身。由於搖晃和翻身是無意識動作，並且人是不清醒的，因此人不能改變外界刺激因素如升高室溫或升高電熱毯溫度。本發明可自動改變外界溫度和物品溫度，使之與人體所需溫度相匹配。這一點對於嬰兒、老人、糖尿病人、心臟病人、各種其它病狀的人特別具有實用性，因為這些人對溫度變化的神經性反應下降，並且這些人在夜間受到的痛苦更大，從而不但會因睡眠不良而造成身體能力下降，還會有併發症的危險。本發明還提供了用於生物學反饋活動的裝置和方法。從位於BTT部位的傳感器發出的腦溫度信號將產生指示溫度的語音或視頻顯示，並且在腦溫度增加(頻率加快且為紅色)或降低時(頻率減慢且為藍色)提供一系列的聲調或色彩識別信號。顯著裝置通過電線連接到用於將傳感器保持在BTT部位的支承結構上。頭部冷卻不會導致腦溫度變化。運動員、軍人、消防員、建築工人和其它人即使向他們的頭部澆冷水或使用風扇，仍會有中暑的危險。從醫學角度講，這是一種危險狀態，因為人在頭部的涼快感會被誤認為是內部冷卻，從而維持體力活動，而實際上此時腦具有熱感應損傷和中暑的危險。其它醫學挑戰涉及與反應時間有關的體溫紊亂。腦對溫度變化的恢復反應比體中心溫度(直腸、膀胱、食道和其它內部器官中測量到的體內溫度)變化慢。即使內部測量顯示出穩定的溫度，腦溫度仍可能位於安全級別之外，從而有因低體溫或高體溫誘發大腦組織損傷的危險。用於防治因體溫紊亂導致大腦組織損傷的唯一醫學可行措施是連續監視腦溫度，正如本發明所提供的那樣。本發明採用多個組合在支承結構的有源或無源傳感器，用於接觸生理通道以測量生物學參數。本發明優選將所有功能包含在微半導體晶片中，該晶片是一個集成電路並且包括傳感器、處理和發射裝置以及控制電路。本發明包括用於接收來自BTT部位的熱輻射的裝置、用於定位溫度傳感裝置以便從BTT部位接受熱輻射的裝置以及用於將所述熱輻射轉換成腦溫度的裝置。本發明用於確定腦溫度的方法，該方法包括以下步驟:收集來自BTT部位的熱輻射；產生與所收集的熱輻射相對應的信號；處理該信號並報告溫度級別。本發明還包括用於將溫度傳感器以穩定的方式適宜定位在BTT部位上的裝置和方法。本發明的另一個目的是提供·一種支承結構，其用於將傳感器在通道末端定位在皮膚上，以測量生物學參數。本發明的一個目的是提供一種用於測量腦(體中心)溫度的裝置和方法，其利用貼片、膠條、彈性裝置、夾子等等容納傳感器，以將其安置在生理通道上。本發明的一個目的是提供一種多功能眼鏡，其配備有內眥墊，該內眥墊容納著傳感器，以將其安置在生理通道上，從而測量生物學參數。本發明的另一個目的是提供一種新式方法和裝置，用於測量腦溫度、化學功能、物理功能中的至少一種。本發明的另一個目的是提供一種裝置，其同時適合於成人和兒童身上。本發明的另一個目的是提供一種裝置，其能夠通過下述方式中的至少一種報告通道處產生的信號:與報告裝置有線連接，向報告裝置無線傳送，以及通過支承結構中組合的視頻、聲頻、觸覺裝置進行局部報告。本發明的另一個目的是提供一種裝置，其能夠時佩帶者避免脫水或水合過度(水中毒)。本發明的另一個目的是提供一種方法和裝置，其能夠使運動員和體育運動參加者提高身體性能和安全性。本發明的另一個目的是提供一種用於將傳感器定位在通道上的支承結構，其可被下述人中的至少一種配戴:練習和比賽中的運動員、訓練和戰鬥中的軍人、體力勞動中的工人、常規活動中的普通大眾。本發明的另一個目的是基於車輛乘坐者的體中心溫度而提供自動氣候控制和車輛座椅控制，以提高車輛內的安全性和舒適性。本發明的一個目的是提供一種方法和裝置，其能夠基於測量到的生物學參數的級別而作用於第二個裝置上。本發明的另一個目的是提供一種方法和裝置，其通過防止因太陽熱輻射而造成的損傷並且在溫度達到預定閾值時警告佩戴者，以保持皮膚健康，降低出現皺紋的危險，以及降低皮膚癌的危險。
本發明的另一個目的是提供一種方法和裝置，其利用基於熱量的減肥方法來實現控制體重損失。本發明的另一個目的是提供一種方法和裝置，其基於體溫的增加而警告進行減肥的運動員，以防止因過熱而受傷或死亡。本發明的另一個目的是提供一種方法和裝置，其能夠監視發燒和體溫峰值。本發明的另一個目的是提供一種通過檢測排卵時間來進行計劃生育的措施。本發明的另一個目的是提供一種方法和裝置，其用於根據通道處產生的信號來傳輸藥物。本發明的另一個目的是提供一種方法和裝置，其能夠連續監視生物學參數，以提高職業安全性。本發明的另一個目的是提供一種帶有傳感裝置的製品，傳感裝置安置在通道上用以監視生物學參數，並且傳感裝置可以裝配或安裝在眼鏡架、眼鏡鼻墊、頭部安裝機構和服裝中的至少一個上。本發明的特徵還在於從支承結構傳送信號，以作用於鍛鍊設備、自行車、運動機構、防護服裝、鞋襪、醫療裝置中的至少一種。本發明的另一個目的是提供一種支承結構，其將通道產生的信號傳送到腳踏車和其它體育器械，以保持適當的水合作用並且防止使用者體溫紊亂。
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本發明的另一個目的是提供一種裝置和方法，其利用有源或無源裝置接觸生理通道，以監視生物學參數。本發明的特徵還在於，從支承結構向種表、尋呼機、行動電話、計算機等傳送信號。通過下面結合附圖所作的描述，本發明的上述以及其它目的和各種預期優點將清楚地展現出來。


圖1A是人面部的熱紅外圖像，顯示了腦溫度通道。圖1B是計算機生成的人面部熱紅外彩色圖像，顯示了腦溫度通道。圖2A是生理通道的示意圖。圖2B是示出了通道的人頭部示意性剖視圖。圖2C是圖2B中的海綿竇的示意性冠狀切面圖。圖3A是示出了通道的人面部熱紅外圖像。圖3B是圖3A中的圖像的示意圖，示出了通道末端的幾何形狀。圖4A是人面部的側面熱紅外圖像，示出了腦溫度通道的主入口點總體圖像。圖4B是圖4A中的圖像的示意圖。圖5A是人面部的前側熱紅外圖像，示出了腦溫度通道的主入口點。圖5B是圖5A中的圖像的示意圖。圖5C是圖5A中人面部的側面熱紅外圖像，示出了腦溫度通道的主入口點。圖是圖5C中的圖像的示意圖。圖6是面部示意圖，示出了通道主入口點的總體區域及周邊部分。圖6A是腦溫度通道和代謝通道的示意圖。
圖7A和7B是冷激發之前和之後的熱紅外圖像。圖8A和8B是不同對象的示出了通道的人面部熱紅外圖像。圖9A和9B是示出了通道的動物熱紅外圖像。圖10是根據本發明的一個優選實施例的透視圖，顯示了一個人佩帶著由貼片構成的支承結構，其中一個無源傳感器安置在通道末端的皮膚上。圖11是根據本發明的另一個優選實施例的透視圖，顯示了一個人佩帶著由貼片構成的支承結構，其中一個無源傳感器安置在通道末端的皮膚上。圖12A是根據本發明的前側透視圖，顯示了一個人佩帶著由貼片構成的支承結構，其中一個有源傳感器安置在通道末端的皮膚上。圖12B是示出了圖12A所示支承結構的柔性實質的示意性側視圖。圖13是一個優選實施例的示意性框圖。圖14是本發明的一個優選實施例的示意圖，示出了其與裝置和製品的相互作用。圖15A至15E是本發明的使用指示器的優選實施例的示意圖。圖16A至16C是優選實施例的透視圖，顯示了一個人佩帶著由貼片構成的支承結構。圖17是根據本發明的另一個優選實施例的透視圖，顯示了一個人佩帶著由夾子構成的支承結構，其中一個傳感器安置在通道末端的皮膚上。圖18是另一個優選實施例的透視圖，顯示了一個人佩帶著支承結構，其中一個傳感器安置在通道末端的皮膚上並且與電線相連。圖19A1、19A2、19B、19C和19D是支承結構和傳感裝置的幾何形狀和尺寸的示意圖。圖20A至20C是支承結構外邊緣與傳感裝置外邊緣之間優選尺寸關係的示意圖。圖2IA和2IB是傳感裝置的優選位置的示意圖。圖22A至22C是根據本發明的優選實施例的透視圖，顯示了一個人佩帶著由內眥墊構成的支承結構，其中一個傳感器安置在通道末端的皮膚上。圖23A和23B是根據本發明的優選實施例的透視圖，顯示了一個人佩帶著由鼻墊構成的支承結構，其中一個傳感器安置在通道末端的皮膚上。圖24是根據本發明的支承結構的另一個優選實施例的透視圖。圖25是根據本發明的支承結構的另一個優選實施例的透視圖，示出了用於保持傳感器的附加結構。圖26A是帶有顯示裝置的支承結構的優選實施例的後側透視圖。圖26B是帶有顯示裝置的支承結構的優選實施例的前側透視圖。圖27是三件式支承結構的優選實施例的分解透視圖。圖28A是支承結構的優選實施例的分解透視圖，示出了可拆下的內眥部件。圖28B是圖28A中的可拆下的內眥部件的後側透視圖。圖28C是圖28B中的可拆下的內眥部件的前側透視圖。圖29是支承結構的一個優選實施例的後側透視圖，支承結構採用的是眼鏡夾子的形式。
圖30是支承結構的一個替代性優選實施例的透視圖，內眥墊利用粘結性襯墊固定在其它結構上。圖31A是支承結構的一個替代性優選實施例的頂部透視圖，支承結構具有用於固定內眥墊的孔。圖31B是圖31A中的支承結構的一部分的放大透視圖。圖31C是圖31B中的支承結構的一部分的側向透視圖。圖31D是固定在支承結構上的內眥墊的側向透視圖。圖32A是一個人配戴著由內眥蓋構成的支承結構時的透視圖，其中內眥蓋固定在眼鏡的常規鼻墊上。圖32B是圖32A中的內眥蓋的透視圖。圖33A是固定在鼻墊上的內眥蓋的分解透視圖。圖33B是固定在鼻墊上的內眥蓋的最終結果透視圖。圖34是根據本發明的改型可旋轉鼻墊的透視圖，其用於將傳感器安置在通道末端的皮膚上。圖35是本發明的使用頻譜反射的另一個優選實施例的示意圖。圖36是一個人的示意圖，示出了本發明的使用頻譜發射器的另一個優選實施例。圖37是本發明的使用熱輻射的另一個優選實施例的示意性剖視圖。圖38是將頭部安裝機構用作支承結構時的替代性實施例的側向透視圖。圖39是產生熱電能以便向傳感系統供電的優選實施例的示意圖。圖40是用於動物時的優選實施例的透視圖。圖41A和41B是可攜式支承結構的替代性實施例的透視圖，其中傳感器被安置在通道處。
具體實施例方式在對附圖所示的本發明優選實施例進行描述時，為了清楚，採用了一些特定術語。然而，本發明並不局限於選擇出的這些特定術語，可以理解，每個特定術語均包含以相似方式實現相似目的的所述技術性等同替代。圖1A示出了人面部的熱紅外圖像，以顯示一個生理通道。圖中示出了腦溫度通道(BTT )在內眥區域和上眼瞼內半部中的末端的圖像，其表現為白色亮斑。BTT在皮膚上的末端具有特定的幾何形狀、邊界和內部區域，並且主入口點位於內眥區域的上內側部位(supero-medial aspect),即位於與上眼瞼的下側部分徑向相反、且在眼內角內側4mm的位置。從這裡開始，所述邊界在與眼內角徑向相反、並且位於眼內角下方5_以內的內眥區域中向下延伸，然後向上延伸到上眼瞼，其中外側邊界以狹窄區域的形式起始於上眼瞼中部並且以扇形的方式側向延伸，而上側邊界起始於上眼瞼的中半部。
圖中顯示的程度代表在人面部測出的溫度。最熱的區域以最亮的白斑表示，最冷的區域是黑色的，最熱和最冷區域之間的溫度利用以灰度表示的色度表示。鼻部主要由軟骨和骨頭構成，因此是冷的(顯示為黑色)，並因此而具有低血量。這也是鼻部最容易發生凍瘡的原因。圍繞著上下眼瞼的眼周區域(顯示為灰色)因高血管化和脂性組織量減小而變得溫度升高。眼瞼下面的皮膚非常薄且同樣沒有脂性組織。然而，本區域不能提供確定腦溫度通道所需的其它條件。BTT的所需條件還包括存在用於傳輸總熱量的末端分支、直接從來自腦的血管分支出來的末端分支、位於淺位以避免遠紅外線被其它結構吸收的末端分支，並且不能有溫度調節性動靜脈短路。因此，BTT即眼內角和上眼瞼的皮膚區域是能夠到達腦溫度通道的獨一無二的位置。圍繞著眼瞼的皮膚可以為利用頻譜的化學測量傳輸提供無擾動信號，並且被定義為具有化學評估用信號最佳獲取途徑的代謝通道，而非具有腦總輻射功率評估用信號最佳獲取途徑的代謝通道。圖1B是計算機產生的人面部熱紅外線色斑圖像，示出了腦溫度通道的幾何結構和不同區域以及周圍區域的細節。只有少數生物例如某些甲蟲和響尾蛇可以看到這種類型的輻射，人類則不能。紅外線圖像使得不可見變為可見。因此，通道的幾何形狀和尺寸可被更好地量化。在由等溫線形成的色斑中，以紅色顯示通道周邊區域，以黃一白色顯示中央區域,其中BTT末端的主入口點位於內眥腱上方的內眥區域上內側部位。主入口點是具有最多光學信號獲取量的區域。該圖像還顯示出兩個BTT部位的熱能對稱情況。由於包括前額在內的其它區域不具有確定BTT所需的前述六個特性，因此這些區域具有淺和暗綠顯示的低總輻射功率。所以，前額不適於測量總輻射量。整個鼻部具有以藍色和紫色區域顯示的非常低的輻射功率，顯示為棕色的鼻末端具有整個面部的最低溫度。因此，鼻部區域不適合於測量生物學參數。圖2A是生理通道特別是腦溫度通道的示意圖。從物理的角度看，BTT是腦熱能通道，它的特徵是高總輻射功率和高熱流，並且可以定義為腦熱能通道。該通道中儲存著熱能，並且提供了一個無擾動路徑，用以將熱能從位於腦內海綿竇中的通道一端傳輸到位於皮膚上的相反端，其中熱能在通道末端以遠紅外輻射的形式傳輸到皮膚表面。高熱流以薄界面為特點出現在通道末端，並且熱流與界面厚度成反比。位於通道末 端的總輻射功率(P)定義為P = o*e*A*T4，其中σ是史蒂芬一玻爾茲曼常數，其值為σ =5.67X10_8W.m_2.K_4;e是區域的輻射率。由於通道的末端提供了最佳輻射區域，因此，在上述公式中因T4項所起的作用，總輻射功率隨著腦溫度的升高而快速上升。如本發明的前述實驗所示，BTT中的輻射功率變化得比舌頭和口腔中的輻射功率快。皮膚上的BTT部位是非常小的區域，其面積值僅為人體總面積的0.5%以下。然而，人體的這一非常小的皮膚區域卻提供了可同時用於測量物理和化學參數的最佳信號獲取途徑。圖2A中示出了腦10，其具有儲存在其本體中的熱能12。BTT 20包括腦10、儲存在腦中的熱能12、儲存在通道中的熱能14以及在通道末端傳輸到外界的熱能16。熱能12、14,16以相同尺寸和形狀的黑色箭頭表示。具有相同尺寸的箭頭表示從通道一端至另一端的無擾動熱能，並且代表著通道中的等價溫度。通過無阻礙的大腦靜脈血液路徑，來自腦10內的海綿竇的熱能以高傳熱速率傳輸至通道末端熱能16。通道還具有一個壁18，其表示血管壁；該血管中儲存著熱能和等價溫度，並且用作從腦10的本體通向外界(皮膚表面)19且終止於終端血管17的導管，用以將總量的熱能傳輸到皮膚19。皮膚19非常薄並且可實現高熱流。同無通道區域30、40中的皮膚39、49相比，皮膚19的厚度是可忽略的。由於皮膚19的特點，可實現高熱流，並且在傳感器在BTT 20的末端時，可快速實現熱平衡。在面部其它皮膚區域以及總體上人體其它皮膚區域中，例如圖2中的無通道區域30,40這個例子中，除了沒有直接血管與腦相連以外，還會出現一些幹涉現象，其中包括自吸收和熱梯度。1.自吸收:該現象為在紅外能量被發射到表面之前，深層組織選擇性吸收某些波長的紅外能量。紅外能量的自吸收量和類型是未知的。因其它層的自吸收作用而導致表面處的希望有的輻射較弱，這會導致無序熱輻射和被分析物質的頻譜特性不明顯，如圖2中的不同尺寸、形狀和方向的箭頭34a至36g和44a至46g所示。因此，無通道區域的自吸收會自然阻礙用於測量的有用熱輻射被傳輸到表面2上。2.熱梯度:存在以下熱梯度，即深層溫度高於淺層，這在圖中表示為深層中的粗箭頭36d和46d與淺層中的細箭頭36e和46e之間的比較。在穿過不同的層例如脂肪和肌肉等其它組織時，存在光子的過量且高度可變的漫射，這也會導致熱能損失。與此不同，BTT 20的區域是沒有紅外能量被吸收的均相狀態的，並且血管位於通道表面上。這使得紅外線能夠無擾動地傳輸到皮膚19的表面上，並且傳輸到貼著皮膚19安置的溫度傳感器例如紅外線傳感器上。在BTT區域中，由於僅存在皮膚19的薄層組織和位於所述薄界麵皮膚19正下方的終端血管17，因此沒有熱梯度。終端血管17產生的排放到皮膚19的熱能16對應於腦本體中的無擾動腦(實際體中心)溫度。用於實現與腦組織溫度之間熱平衡的優選路徑為中央靜脈系統，其離開大腦並且作為眼上靜脈進入眼窩。動脈血的溫度比中央靜脈血低0.2至0.3°C，並且動脈血溫度實際上不等於腦溫度。因此，儘管在某些情況下希望利用動脈血溫度，但靜脈系統是用於測量腦溫度的優選熱能載體。在某些情況下，希望利用動脈血溫度來確定利用動脈血進行的可能腦冷卻。無通道區域30、40的特點是存在吸熱成分。無通道區域30、40以圖中的虛線限定，其中由於吸熱成分以及在無通道區域30、40中無序傳熱，因此存在受幹擾的弱點。在深層發出的紅外能量到達皮膚表面之前，無通道區域30、40中的各個層和其它成分選擇性地吸收所述能量，不同的熱能和不同區域以不同形狀和尺寸的箭頭以及箭頭頭部表示。無通道區域30可以代表將傳感器放在心臟32的解剖學上方的皮膚頂側以測量溫度時的情況。箭頭34表示心臟32中的熱能。無通道區域30包括儲存著熱能的心臟32和各個血管及分支血管36a、36b、36c、36d。基於血管36a、36b、36c的位置和解剖部位，不同量的熱能被傳輸，並且不同的溫度被測量到。各個血管從主幹血管34a廣泛分支出來。無通道區域30還包含吸熱結構37，例如骨頭和肌肉，來自心臟32的熱能34需要穿越它們才能到達皮膚39。無通道區域30還包含一個變化的脂肪組織層38，其進一步吸收熱能。因存在脂肪組織層38而導致的熱能減少量以箭頭36d和36e表示，其中箭頭36d的溫度高於箭頭36e。無通道區域30還包含厚的皮膚39，其具有以箭頭36f表示的低熱流。厚的皮膚39對應於胸部區域的皮膚，脂肪組織層38對應於胸部區域中的可變量的脂肪。箭頭36g代表的是在熱能傳越了無通道區域中的包括厚界面和吸熱結構在內的幹擾成分後的無序且減小了的總輻射功率。此外，BTT 20不具有所述可存在於無通道區域30,40中的脂肪層。由於沒有 厚皮膚和脂肪等厚界面，沒有脂肪等熱隔離體，以及沒有諸如肌肉等吸熱成分，因此輻射可以無擾動地在BTT端部發射出來。即沒有厚皮膚和脂肪等厚界面，沒有脂肪等熱隔離體，以及沒有諸如肌肉等吸熱成分，輻射無擾動地在BTT端部發射出來。還請參看圖2，無通道區域40可以代表利用放在臂部42的皮膚頂側的傳感器測量溫度時的情況。在無通道區域40中傳輸的熱量類似於無通道區域30，其中端部結果為無序且減小了的總輻射功率，不能代表內部相反端的溫度。血管從主幹血管44a廣泛分支出來。血管46a、46b、46c中的熱能和溫度與血管36a、36b、36c不同。需要被熱能44傳越才能使之到達皮膚的結構也與無通道區域30中不同。吸熱結構47是不同的，因此無通道區域40的端部溫度也與無通道區域30不同。脂肪48的量也是變化的，這導致區域46d和46e中的能量變化，其中區域46d比區域46e更深。厚的皮膚49也降低了區域46f中的熱流和溫度。同輻射能量36g相比，以箭頭46g表示的減小了的輻射功率也通常完全不同，因此，在人體不同區域將測量出不同皮膚溫度。除了位於BTT端部的皮膚以外，這一點適用於人體的整個皮膚表面。諸如直腸等體內的溫度測量值不具有同樣的與腦部溫度測量值的臨床適用性。已經在實驗室條件下對多種哺乳類動物進行了選擇性腦冷卻實驗，相同的過程也可以發生在人類身上。例如，膀胱和直腸中的溫度可能與腦部有很大不同。腦中的高或低的溫度可能無法從其它內部器官的溫度測量值中反應出來。圖2B是人頭部9的示意性剖視圖，顯示了腦10、脊髓10a、由眼上靜脈代表的通道
20、作為腦的熱能儲存室的海綿竇1、用於將腦保持為完整絕熱結構的各個絕熱隔離體2、2a、3、4、4a、4b、5。絕熱隔離體包括:對應於頭皮的皮膚2，覆蓋著面部的皮膚2a，覆蓋著顱部和面部的整個表面的脂肪組織3，顱骨4，圍繞著脊髓IOa的脊骨4a，覆蓋著面部的面骨4b，以及腦脊液(CSF) 5。隔離體2、3、4、5將腦隔離的組合厚度可以達到1.5cm至2.0cm，這是一個很顯著的厚度，並且構成了整個人體中抵抗外界環境的最大單一隔離體。由於這種完全封閉的環境，腦不能高效地排出熱量，而且熱量以極低的速度損失。皮膚2對應於頭皮，其為覆蓋著顱部的皮膚和相關結構，並且其具有低導熱率而被用作絕熱體。脂肪組織3吸收遠紅外波長的大部分，並且用作熱阻尼體。顱骨4具有低導熱率，並且CSF用作物理阻尼體且具有零放熱性 。腦中的代謝率所產生的熱量等於人體所產生全部熱量的20%，並且這一龐大熱量被保持在封閉和熱密封的空間內。腦組織是最容易受到熱能感應損壞的組織，不論是高或低級別的熱能。由於上述絕熱結構以及腦對獲得熱量或失去熱量均無能為力，因此低體溫(冷)和高體溫(熱)狀態均會快速導致腦損傷，這種情況出現在每年數以千計的健康人身上，還有因高發熱而導致發病和死亡的病人。除非通過連續監視腦溫度而提供適宜且及時的警告，否則任何出現冷或熱紊亂的人均有腦部熱損傷的危險。圖2B中還示出了一個非常小的入口點20a，其對應於通道20在皮膚2b上的末端，並且其測量值小於人體表面的0.5%以下。同厚度為皮膚2b的5倍或以上的皮膚2和2a相比，皮膚2b極薄，厚度為Imm或以下。通道20起始於海綿竇1，海綿竇是一個導管，用於腦的靜脈引流並且用於在通道20的末端傳輸作為輻射能的熱量。通道20提供了一個通向海綿竇I的有阻礙通路，海綿竇是位於腦中部的結構並且直接接觸腦的兩個熱源:1)因腦的代謝率而產生並且由靜脈系統攜帶的熱能；以及2)由從人體其它部位向腦供應的動脈供血傳輸的熱能。這種直接接觸結構詳細顯示於圖2C中，該圖為沿圖2中對應於以「A」標記的線所作的冠狀切面。
圖2C是通過海綿竇I的冠狀切面，海綿竇為腔狀結構，其中多個空間Ia中充填著來自靜脈9和來自眼上靜脈6的靜脈血。海綿竇I收集來自腦組織7、來自左右頸內動脈8a、8b的動脈血以及來自靜脈9的靜脈血的熱能。所有上述結構7、8a、8b、9均沿海綿竇I緊密布置。構成通道上的海綿竇I的特殊特徵是與頸內動脈8a、8b緊密相關聯。頸內動脈攜帶者來自人體的血液，並且由所述血管傳輸到腦部的熱能可以導致低體溫或高體溫狀態。例如，在暴露於低溫時，人體變冷，來自人體的低溫血液被頸內動脈8a、8b攜帶到腦部，海綿竇I是這些頸內動脈8a、8b向腦中的入口點。一旦低溫血液到達海綿竇1，相應的熱能狀態即被傳輸到通道和位於通道末端的皮膚表面，從而可以立即提供出警報信號，甚至是在血液分布到整個腦中之前。高溫血液具有同樣的情況，高溫血液可以產生於例如運動時，這會導致同基準狀態相比發出20倍的熱量。由頸內動脈8a、8b攜帶的熱量被傳輸到海綿竇1，並且可以在通道末端探測到。此外，腦部產生的熱量被大腦靜脈血液攜帶，並且海綿竇I是充有靜脈血的結構。圖3A是人面部的熱紅外圖像，其中通道在皮膚上的末端的幾何形狀被可視化。白亮斑限定了通道中央區域。圖3B是通道在皮膚表面的末端的代表性幾何形狀的示意圖。通道50的內側部位52是圓形的。側面部位54限定了眼60的上眼瞼邊緣58與肉阜56之間的邊界。通道從以牛角狀突起的形式從內眥區域52延伸到上眼瞼62。通道50的內部區域包括圖4A至所示的構成主入口點的總體區域和各個主入口點。圖4A是人面部側面的熱紅外圖像，顯示了腦溫度通道的主入口點的總體圖，其呈現為內眥角的內上方的白亮點。圖4B是主入口點的總體區域70及其與眼60、內眥角61、眉毛64、鼻子66之間關係的示意圖。主入口點的總體區域70提供了這樣一個區域，即其能夠更忠實地再現腦溫度，因為該總體區域70比通道周邊區域具有更少的幹涉因素。圖5A是人面部前側的熱紅外圖像，其中右眼閉合，以顯示腦溫度通道的主入口點，其呈現為內眥角的上內側白亮斑 。容易觀察到，通過閉眼，輻射能量僅僅來自BTT在皮膚上的末端。圖5B是主入口點80及其與內眥角61、閉合的眼60、眼瞼62之間關係的示意圖。通道的主入口點80提供了這樣一個區域，即其能夠更忠實地再現腦溫度，因為該主入口點80具有最少量的幹涉因素，並且其在等同的解剖學位置廣泛存在於所有人上。主入口點80具有最高的總輻射功率，並且具有一個高輻射率表面。主入口點80位於內眥區域63的上側部位的皮膚上,並且位於內眥角61的中上部位中。圖5C是圖5A中的人面部的側面熱紅外圖像，其中左眼閉合，以顯示腦溫度通道的主入口點的側視圖，其呈現為白亮斑。可以看到，通過閉眼，輻射能量僅僅來自BTT在皮膚上的末端。圖示出了位於內眥角61上方的內眥區域的上側部位中的主入口點80，還示出了主入口點80相對於眼60、眉毛64、鼻子66的相對位置。支承結構可以將傳感器精確地安置在通道的主入口點的頂部，因為主入口點完全由解剖學界標劃界。一般而言，傳感器安置在位於內眥角上方的內眥皮膚區域上並靠近眼睛。儘管指示器可以安置在支承結構上以更好地引導傳感器的定位，但廣泛存在的各種永久性解剖學界標使得任何非專業人員也能夠精確定位。主入口點是利用支承結構對傳感器定位的優選位置，但通過將傳感器安置在通道末端的任何部分，包括總入口點區域和周邊區域，均能基於實際應用而提供臨床實用的測量。測量所需的精度將決定傳感器的定位。在神經手術、心血管手術或患者存在低體溫或惡性高體溫的高度危險的其它手術的情況下，傳感器的優選位置為主入口點。對於休閒或專業運動、軍事、工人作業、家庭發燒檢查、陽光下防皺紋保護等等場合，將傳感器定位在通道末端的任何部分均能提供臨床實用所需的經度。根據本發明，圖6是面部的示意圖，顯示了通道的主入口點的總體區域90和通道末端的總體區域以及該末端與內眥腱67之間的關係。通道末端包括主入口點的總體區域90和上眼瞼區域94。總體區域90具有周邊區域92。兩個內眥區域均具有內眥腱，但為了便於解釋採用了左眼。內眥腱67在眼60的內眥角61處升高。左側的內眥腱67如虛線61a所示徑向面對著從眼61的內角開始的右側內眥腱。儘管主入口點位於內眥腱67上方，但通道的周邊區域92的一部分位於內眥腱67之下。圖6A是兩個生理通道的示意圖。圖中上面部分顯示了對應於BTT 10的區域。圖中下面部分顯示了對應於代謝通道13的區域，其包括上眼瞼區域13a和下眼瞼區域13b，如圖1B中的淺藍色區域所示。為了測量化學物質的濃度，總輻射功率不是強制性的。臨床實用頻譜測量的關鍵因素是來自大腦區的信號以及其被幹擾成分消減或消除，其中主要幹擾成分是脂性組織。通過去除脂性組織並接收由來自腦的血管所攜帶的頻譜信息，可以實現精確的臨床測量。由支承結構支撐著的傳感器被設置成具有與代謝通道13的整體或部分相匹配的視場，以獲取來自所述代謝通道13的熱輻射。為了確定通道區域相對於環境變化的熱穩定性，進行了冷熱激發試驗。圖7A和7B是代表性實驗的熱紅外圖像，顯示了在冷激發之前和之後的人面部。在圖7A中，面部具有淺的外觀；而在圖7B中變暗，這意味著低溫。圖7A中的鼻部具有整體發白外觀；而圖7B中鼻部具有整體發暗外觀。由於通道外側的區域具有溫度調節動靜脈短路構造以及包含脂肪在內的幹擾成分，因此環境溫度的激發會在該區域反映出來。因此，在面部的這些非通道區域進行測量反映的是環境溫度而非實際體溫。隨著外界溫度變化，面部和身體皮膚的非通道區域會發生變化。通道區域的輻射功率保持穩定，且熱能的量沒有變化，從而致使該區域的熱輻射的穩定性。僅在腦溫度變化時，通道區域的熱輻射才會變化，這可以對人體的熱狀態提供最可靠的測量。圖8A和SB是人類不同對象的面部熱紅外圖像，顯示出通道在內眥區域呈現為亮白斑。生理通道廣泛存在於所有個體中，儘管存在解剖學差異和人種差異。圖9A和98是熱紅外圖像，顯示出白亮斑同樣存在於動物身上，這裡示出的是貓(圖9A)和狗(圖9B)。一個優選實施例中包括具有測量處理電子器件的溫度傳感器，其容納在貼片狀支承結構中，該支承結構將一個無源傳感器安置在與腦溫度通道部位上的皮膚直接接觸的位置上。為此，圖10是優選實施例的透視圖，顯示了一個人100，其佩帶著一個由貼片72構成的支承結構，其中一個無源傳感器74安置在通道末端的皮膚上。人100躺在床墊76上，床墊中裝有天線78。電線82從天線78延伸到控制單元84,該控制單元通過通訊線路86與裝置88通訊。代表性的裝置88包括位於床邊或護理站的解碼和顯示單元。可以理解，處了利用線路86進行通訊以外，控制單元84還可以包含無線傳輸裝置，用於將所需信號無線傳輸到遠程站。這種感應式射頻動力遙測系統可以使用同一天線78來傳輸能量和接收信號。
天線78可以以可拆除或永久性方式被固定在床墊、枕頭、床架等上。優選實施例包括由固定在床墊上且不被使用者看到的柔性聚合物封裝的薄平天線。或者，天線可以安置在患者周圍的任何區域中，例如床頭柜上。天線78和控制單元84用作接收器/詢問器。接受/詢問型天線78可引起RF能量發射到貼片72中的微電路上。能量被儲存和轉換，以便用於溫度測量過程以及從貼片72向天線78傳送數據。一旦足夠的能量被傳輸，微電路將進行測量並將數據傳送到接受/詢問型天線78，其中數據被控制單元84處理；此外，還與裝置88進行通訊，以便進行顯示或進一步傳送。在獲取傳感器數據(測量能量)的過程中，切換元件被按次序操作，以獲得量化的應答結果並在富含噪音(雜波)的傳送信號被激活之前將其存儲。這樣，兩個本質上不相容的過程可以並存，因為它們不是同時啟動的。在存在噪音的情況下，可通過下述方式「擴展」傳送能量的頻譜含量來獲得與通訊相關的RF傳輸裝置的能力，即從本質上增加傳送的冗餘度，同時降低傳送被接受/詢問型天線78中斷的可能性，因為其它傳送和噪音可能引起接受/詢問型天線78傳送和顯示錯誤信息。這種無線傳送方案可 以利用非常少的有源元件實現。通過調製，可有目的地將傳送能量擴展到整個頻譜，並且提供噪音免疫性，而且系統最終可以通過批量加工並因此而以極低的成本製作出來。由於用於操作貼片72中的傳感器74的能量來自天線78，因此貼片72中的微電路可以非常小和超薄。通過設計，以將RF傳輸裝置的所有處理功能均安置在控制單元84中以用作接收器，貼片72的尺寸可以進一步被最小化到極小尺寸。RF通信協定和傳感器74的控制被組合在接受/詢問型控制單元84中，後者由商業供應的電池或AC電流供電。因此，RF通信協定和傳感器74的控制被控制器84的MCU直接控制。貼片72中的電路優選為完全獨立的。傳感器74和貼片72優選為矽制微電路，其包含支持傳感器、對來自傳感器的數據進行量化、為射頻傳送而對數據進行編碼以及傳送數據所需的電路，以及功率調節電路和數字狀態控制電路。傳感器、支持電路、RF功率和通訊電路均附著在一個微晶片模具上，以使這些電路和器件能夠以及低成本大量加工。這一方案優選用於無源和有源器件。操作過程包括兩個模式，即手動模式或自動模式。在手動模式，操作者例如護士啟動系統，發射到貼片72中的微電路上的RF能量被儲存和轉換，以用於溫度測量過程和從BTT末端向天線78傳送數據。一旦足夠的能量被傳輸(I秒鐘以內)，微電路將進行測量，並且向作為接收器的天線78以及控制器84傳送數據，以便顯示於例如護理站中的背光LCD顯示器上。通過聲頻「蜂鳴」，可指示數據已被接收並且可被查看。在自動模式下，通過在預設頻率問答而自動且連續地完成過程，在讀數超出預定範圍時，啟動警報。也可以使用三維天線，且控制器84被設置成搜索天線的三維輸出，以確保天線78與傳感器74之間的連續且正確的連接。還可以理解，傳感器可以對反射的RF能量進行調製。這樣，能量將觸發系統以獲得溫度測量，然後，系統將調製反射的能量。反射的能量和信息將被應答器接收和顯示，如前所述。本發明還提供了一種監視生物學參數的方法，包括以下步驟:將無源傳感器固定在人體上；由一個固定在床墊、枕頭、床架中的至少一個上的裝置產生電磁輻射；由所述無源傳感器產生信號；由一個固定在床墊、枕頭、床架中的至少一個上的裝置接受所述信號；基於所述信號確定生物學參數的值。
可以理解，可以使用諸如電磁耦合器件等外界動力源，包括可通過電磁感應耦合而從外部充電的超電容、可由外界振蕩器再充電的電池。還可以理解，傳感系統可以通過超聲波而遠程驅動。圖11是另一個優選實施例的透視圖，顯示了佩帶著由貼片72構成的支承結構的人100的近距離細節，該貼片帶有傳感器74、發射器71、數字轉換和控制器73，並且在通道末端安置在皮膚上。人100佩帶著一個用作天線78的項圈，項圈中的一個懸吊部分用作控制單元和傳送單元79。太陽能電池和/或專用電池為單元79供電。患者習慣於攜帶Holter監視裝置和卡，並且軟線環繞著他們的頸部；而且，本實施例可以與目前使用的系統良好地匹配。可以理解，除了項圈，各式各樣的物品包括服裝和電氣裝置也可以用作接收器/應答器，並且這種功能可以容易地組合在行動電話、筆記本電腦、手持式電腦、用於連接網際網路的網際網路裝置等等中，以使患者使用其自己的行動電話或電腦來監視其腦溫度。圖10和11中所示的優選實施例優選為任何手術連續監視發燒或體溫峰值，以用於任何被允許進入醫院的患者，用於護理家庭患者，用在急救車中，並且防止因醫院傳染而造成死亡或受傷。醫院傳染是住院期間造成的傳染。在美國，醫院傳染是每年導致100，000以上患者死亡的第四大死因，並且主要是由於未能在早期確認發燒或體溫峰值而造成的。本發明可24小時自動監視體溫，因此提供了及時確認和治療傳染的途徑。如果出現體溫峰值，將啟動警報。這使得發燒能夠被及時確診並處理，並因此而防止死亡或導致諸如感染性休克等高費用的複雜症狀，這種複雜症狀可能是因傳染疾病治療過程中的延誤引起的。此夕卜，上述優選實施例提供了對兒童和成人進行連續(包括睡眠過程中)發燒監視的措施。圖12A是一個優選實施例的前側透視圖，顯示了一個人100佩帶著由貼片109構成的支承結構，該貼片帶有指示線111並且容納著一個在通道末端安置在皮膚上的有源傳感器102。圖12所示的優選實施例提供了發射裝置104、處理器106、AD轉換器107和傳感器102，它們通過柔性電路110連接到電源108。作為示例，發射裝置可以包括RF、聲或光發射裝置。圖12B是圖12A中所示支承結構的柔性本質，其中柔性電路110將位於貼片109左側的容納著發射裝置、處理器和傳感器的微電子封裝103連接到位於貼片109右側的電源108。代表性的實施例將在後面描述。根據上述溫度測量的代表性實施例，BTT發出的熱能被溫度傳感器102例如小型熱敏電阻檢測到，後者產生一個代表所檢測到的熱能的信號。然後，該信號被轉換成數字信息，並被處理器106通過用於確定溫度的標準程序處理。一個代表性的用於腦溫度測量的聲波型系統包括溫度傳感器、輸入耦合電路、信號處理電路、輸出耦合電路和輸出顯示電路。在內眥區域安置在皮膚表面上的貼片109中的溫度傳感器102 (例如熱敏電阻)響應於腦溫度的變化，並呈現為DC電壓信號。通過輸入耦合電路耦合到信號處理電路中的信號被用於調製一個振蕩器的輸出，該振蕩器可以是例如在聲頻範圍之內或之上操作的多諧振蕩電路或者壓電系統。振蕩器是信號處理電路的主要元件。振蕩器的輸出被輸入到放大器，該放大器是信號處理電路中的第二個主要元件。放大器增大振蕩器的輸出級別，以使信號處理電路 的輸出足以驅動輸出顯示電路。基於輸出顯示電路的本質，例如聲頻的揚聲器、視頻的LED顯示器或其它可行的顯示裝置實施例，一個輸出耦合電路被用於使來自信號處理電路的信號匹配於輸出顯示電路。對於要求數字輸出信號的輸出顯示電路，輸出耦合電路可以包括模數(A/D)轉換電路。DC電源電路是信號處理模塊中的另一個主要元件。需要利用DC電源支持線號處理電路中的振蕩器和放大器的操作。DC電源的實施例可以包括超小型DC電池、光敏DC電源或它們的組合。微換能器、信號處理電子器件、發射器和電源優選被構造成專用集成電路或混合電路，或者與MEMS (微機電系統)技術相組合。熱敏電阻電壓被輸入到一個微控制器單元，即單晶片式微處理器，其被預編程，以將熱敏電阻電壓處理成數位訊號，該數位訊號對應於在BTT部位測量到的以。C (或T)表示的患者體溫。可以理解，可以使用不同的程序和方案。例如，傳感器電壓可以直接供應到微控制器中，以轉換成溫度值，然後在屏幕上顯示溫度值例如98.6 T。另一方面，電壓可以在被輸入到微控制器之前被一個模數轉換器(ADC)處理。在附加的數字調節後，微控制器的輸出被用作壓電聲頻(超聲)發射器的激勵。壓電發射器無線發射數字脈衝，該數字脈衝可被時鐘收音機尺寸的接收器模塊中的軟體識另IJ，該接收器模塊包括麥克風、低通聲頻過濾器、放大器、微控制器單元、局部溫度顯示器和預選溫度級警報機構。信號處理軟體被預編程到接收器的微控制器單元中。儘管本發明可以包含用於在有噪音的情況下進行RF傳送的裝置，但採用麥克風作為接收器單元的特定實施例能夠在醫院場所提供附加優點，因為在這種情況下RF幹擾為零，而在醫院場所通常存在很多其它RF裝置。微控制器單元驅動為每個被監視的患者提供的溫度顯示器。每個發射器被利用其自己的ID標記。因此，一個接收器模塊可以被用於多個患者。裝有麥克風的鐘表、行動電話等也可以用作接收器模塊。在另一個實 施例中,微控制器的輸出被用於驅動壓電蜂鳴器。微控制器向壓電蜂鳴器輸出激勵，以警告使用者健康威脅狀況。在這種結構中，微控制器的輸出可以被供應到數模轉換器(DAC)，其將來自微控制器的數字數據信號轉換成用於驅動蜂鳴器的等價模擬信號。在另一個實施例中，來自DAC的輸出被用於驅動語音合成器晶片，後者被編程，以便向使用者輸出適宜的聲頻警報，例如在運動員有中暑的危險時。如果檢測出的溫度高於390C，則信息可能是「你體溫偏高，到陰涼地方，喝涼液體，休息」。如果檢測出的溫度低於360C，則信息可能是「你體溫偏低，到防寒庇護場所，喝熱液體，暖合起來」。在另一個實施例中，輸出被用於驅動光發射器,後者被編程，以輸出適宜的光信號。光發射器包括紅外光發射器，其在體溫達到特定值時啟動。光信號被用於遙控單元，以啟動遠程裝置，使之發出警報聲音。本實施例可以用於，例如，在夜間兒童睡眠並且具有體溫峰值時警告患者。用於局部報告的平臺的實施例包括三個電子模塊，它們機械式容納在一個織物或塑料保持器例如貼片100中，貼片中容納著用於安置在BTT部位的皮膚上的傳感器102。這些模塊是溫度傳感器模塊、微控制器模塊和輸出顯示模塊，此外，還有一個電池。電子界面被用在整個裝置的各模塊之間以發揮適宜的功能。這一系統包括一個條形件，例如貼片100，其通過自粘墊貼附在BTT區域中。一個連接著微控制器的熱敏電阻驅動聲頻壓電發射器或LED。這一系統提供了局部報告溫度的功能，而沒有使用接收器。在達到特定的閾值時，聲頻聲音信號或光可以警告使用者。聲音信號可以是鐘聲或再現的人聲音。另一個用於遠程報告的代表性實施例包括四個電子模塊:傳感器模塊、微控制器模塊、輸出發射器模塊、接收器/監視器模塊。從機械的角度看，前三個模塊在實質上與前一實施例相同。從電學角度看，溫度傳感器模塊和微控制器模塊與前一實施例相同。在本實施例中，輸出發射器模塊被設計成用於將微處理器模塊判斷出的溫度結果無線發送到遠程安置的接收器/監視器模塊。電子界面被用在各模塊之間以發揮適宜的功能。這一裝置可以被醫院或家庭中的患者使用。通過獲取接收器/監視器模塊提供的數據，可以獲得連續形式的溫度級別。各式各樣的溫度傳感元件可以被用作溫度傳感器，其中包括熱敏電阻、熱電偶、RTD (電阻式溫度檢測器)、鉬絲、表面安裝型傳感器、半導體、用於測量表面溫度的熱電系統、螢光光纖、雙金屬器件、液體膨脹器件、狀態變化器件、熱通量傳感器、液晶測溫計、包含液晶Mylar片材的可逆溫度顯示器。兩種優選的溫度傳感器是日本Semitec公司提供的ET-503和104JT型熱敏電阻器。圖13示出了本發明的發射器120與接收器130之間連接關係的優選實施例的框圖。發射器120優選包括:組合有微控制器(MCU) 114、射頻發射器(RF) 116和A / D轉換器118的晶片112，以及電源122、放大器(A) 124、傳感器126和天線128，該天線優選內置於晶片中。代表性的晶片包括:(l)rfPIC12F675F，來自美國亞利桑那州Microchip公司，其為MCU+ADC+433Mhz發射器；(2) CC1010，來自挪威Chipcon公司。接收器130優選包括晶片式RF收發器132 (例如CC1000，來自Chipcon公司)、微控制器單元(MCU)134、放大和濾波單元(A/F)136、顯示器138、時鐘140、鍵盤142、LED 144、揚聲器146、電源150和輸入/輸出單元(I / O) 148，以及相關的數據機152、光收發器154和通信口 156。除了前面提到的商業供應的RF發射器晶片以外，各式各樣的其它裝置可以在傳送方案中被使用。一個簡單的發射裝置包括帶有916.48MHz頻段單通道發射器的裝置，其以與溫度讀取值成比例的頻率向床側面接收器發送溫度讀取值。熱敏電阻的電阻值可以用於控制供應RF發射器數據輸入的振`蕩器的頻率。如果負荷係數低於1%，則可以使用318MHz頻段。除了頻率外，可以使用定期測量技術。這種模式可以使用一個簡單的射頻載體作為信息傳輸和調製器件，其承載著來自轉換裝置的腦溫度信息，並且能夠將該信息變成作為溫度的函數的電特性值(例如熱敏電阻)。載體的頻率和幅值可以被溫度信息調製，以使調諧到該頻率的接收器能夠對變化著的載體進行解調，以恢復緩慢變化著的溫度數據。另一種適於將信號從支承結構中的傳感器傳送出來的技術是線性調頻裝置。在這種技術中，在啟動後，發射器輸出一個載體，其從ISM頻段中的低頻開始，並且隨著時間而平滑地增加頻率，直至達到最大頻率。腦溫度信息被用於修改線性調頻的頻率變化率。接收器被設計成通過查詢兩個或更多個特定頻率而非常精確地測量線性調頻輸入。在檢測到第一個頻率後，計時器將測量直至第二個頻率出現所經歷的時間。這樣，第三個、第四個等等頻率被加入，以有助於排除噪音。由於事實上所有直接序列展頻發射器和跳頻發射器均在它們的ISM頻段的一部分中隨機擴展，因此它們在實際應用中在完全正確的時間產生正確的頻率序列的可能性是很小的。一旦接收器測量到目標頻率之間的時間值，該時間值可以代表腦溫度。如果預期的第二個、第三個或第四個頻率沒有在「已知的」時間區段內被接收器接收到，則接收器會將初始輸入作為噪音排除。這就提供了一種展頻系統，其利用寬頻譜傳送信息，同時以下述方式對信息進行編碼，即與來自ISM頻段的其它使用者的預期噪音不相似。線性調頻發射器成本低且製造簡單，而且腦溫度傳感器是可被用於控制頻率變化律的有源元件中的一種。用於局部報告的其它優選實施例中包括傳感器、運算放大器(LM358，來自National Semicondutor公司)、LED以及電源。可以理解,運算放大器(Op Amp)可以被替換成MCU，LED可以被替換成壓電元件。圖14是示意圖，示出了支承結構160，其帶有傳感器158、MCU 164、控制和/或調節單元162。MCU 164與單元162之間的通信可通過電線168或無線方式166實現。作為示例，但非局限於此，代表性單元162可以是設在下述物體中的氣候控制單元:汽車、恆溫器、車輛座椅、家具、鍛鍊器材、服裝、鞋襪、醫療裝置、給藥泵等等。例如，MCU 164被編程，以將溫度級別傳送到位於鍛鍊器材中的接收器單元162。接收器單元162中的MCU被編程，以根據MCU 164產生的信號來調節速度或其它設置。在優選實施例中，可以利用支承結構將傳感器精確定位在BTT部位上。支承結構被設計成與BTT區域的解剖學界標相符合，以確保在所有時間將傳感器適當定位。眼角被認為是永久性解剖學界標，即其在相同位置存在於在所有人身上。BTT區域也是永久性解剖學界標，如本發明所闡述。為了便於恆定地定位在BTT部位，可以使用支承結構中的指示器，如圖15A至15E所示。圖15A中示出了一條指導線170，其位於支承結構170的外表面上。指導線170對準眼174的內角。傳感器176安置在指導線170的上方並且位於支承結構172的外邊緣上，因此，一旦支承結構172的指導線170對準眼174的內角，傳感器176即被定位在通道的主入口點上。這樣，支承結構172可以被精確且恆定地施加，以使傳感器176總是覆蓋BTT區域。圖15B中示出了貼片172的不同結構，但相同的指導線170對準眼174的內角，因而即使結構不同，傳感器17 6也能夠恆定地定位在BTT部位上。圖15C是另一個優選實施例，顯示了傳感器176對準眼174的內角。因此，在本實施例中，不需要指導線，而是利用傳感器176本身指導定位。在圖MD中，當傳感器176精確定位在BTT部位時，貼片172的MCU175和電池177位於BTT部位的外側。可以理解，位於支承結構上的任何類型的指示器可以被用於實現在BTT部位上的適當定位，例如外部標記、葉片、支承結構上的切口、與眼角對準的不同幾何結
構等等。圖15E是另一個優選實施例，顯示了傳感器176以其上邊緣176a對準眼174的內角並且位於內眥區域的下側部位中，而微晶片控制器175位於內眥區域的上側部位中。支承結構172具有幾何指示器179，其由支承結構172上的小凹坑構成。可以理解，用作支承結構的類似於創可貼的條形件，可以將其與傳感器和其它硬體相反的一側由可撕片構成。傳感器所在一側首先被貼附在皮膚上，任何多餘的條形件部分可容易撕下。兩種尺寸，即成人和J L童尺寸，可覆蓋所有潛在使用者。作為以貼片的形式工作的支承結構的材料，可以是軟質的並且具有各種隔離性能，例如聚乙烯就具有多種隔離性能。根據應用，可以採用多層結構的貼片，其中從外側到皮膚側包括=Thinsulate層；雙面泡沫粘結劑(聚乙烯)；傳感器(熱敏電阻)；以及Mylar片材。傳感器表面可以覆蓋Mylar片材，後者又被泡沫的粘結側包圍。任何具有高耐熱性和低導熱率的軟薄材料優選被用作傳感器與外界之間的界面，例如聚氨酯泡沫(K=0.02ff/m.C)。任何支承結構可以設有所述優選的隔離材料。用於貼片的優選電源包括本質上的熱電器件，例如本發明所公開的。此外，使用塑料的組合例如將氟苯基噻吩用作電極的標準輕質薄塑料電池可以使用，該電池同時具有柔性，以使其能夠更好地符合BTT部位的解剖學結構。其它代表性的適宜電源包括輕質超薄固態鋰電池，其具有大約300微米厚的半固態塑性電極。這種系統可以具有兩個模式:在室溫下，該系統是靜止的，在體溫下，該系統啟動。系統還可以具有一個通/斷開關，以便利用皮膚電阻產生一個電路，從而只有在傳感器被放置在皮膚上時系統才啟動。貼片還可以具有一個內置開關，其中通過剝離一個導電性襯墊，可打開電路(墊板)，並且接通系統。此外，在從人體上取下後，貼片可以被放置在一個包含磁體的殼內。殼中的磁體將用作斷路開關，並且在貼片位於殼中時，信號傳送被終止。

圖16A至16C是優選實施例的透視圖，其中一個人100佩帶著採用貼片形式的支承結構180。在圖16A所示的實施例中，支承結構180中容納著LED 184、電池186和傳感器182。傳感器182毗鄰眼25的內角安置在內眥區域上側部位中的主入口點處。在信號達到特定的閾值後，根據本發明的原理，LED 184啟動。圖16B是另一個優選實施例，其中一個人100佩帶著支承結構180，其中傳感器182安置在通道主入口點的總體區域，支承結構180的上邊緣181對準眼25的角部。支承結構180包含一個延伸部，其抵靠在面頰區域189上並且容納著用於無線電傳送的發射裝置183、處理裝置185和電源187。圖16C是一個代表性優選實施例，其中一個人100佩帶著兩件式結構180a，其中包括支承結構180b和容納結構180c，二者通過電線192優選柔性電路相連。支承結構180b中容納著傳感器182，其安置在BTT部位。容納結構180c包含貼附在前額21上的膠條，並且容納著處理裝置183a、發射裝置183b和電源187，用於將信號發送到一個單元194例如行動電話。圖17是另一個優選實施例的示意圖，顯示了支承結構180，其中傳感器182被夾子196保持在鼻子191上。支承結構180向上延伸到前額193。支承結構180的外殼195包含壓力附著裝置例如夾子196。前額上的外殼197容納著發射裝置和電源。夾子196採用彈簧結構196a,用以施加輕柔的壓力，以將支承結構180和傳感器182固定在穩定位置。外殼197還可以具有IXD 19。IXD 19可以具有翻轉的圖像，以使使用者能夠利用鏡子觀看。此外，LCD 19可以具有鉸鏈或者是可摺疊的，以實現適宜定位，從而使得使用者容易觀察顯示的數值。圖18是另一個優選實施例的透視圖，顯示了一個人100佩帶著由貼片構成的支承結構180，其中傳感器182在通道末端安置在皮膚上，並且通過電線199連接到解碼和顯示單元200。支承結構180具有可視指示器170，其對準眼174的角部。電線199包括位於距離其在傳感器182處的起始端20cm範圍內的粘帶201,最優選地,粘帶在距離電線的起始端IOcm範圍內連接著起始端。圖19A1至19D是支承結構180和傳感器182的優選幾何形狀和尺寸的示意圖。為了實現本發明的最佳功能，傳感器和支承結構的特定幾何形狀和尺寸是必需的。支承結構180的尺寸和結構被構造成用於實現最佳功能，並且要根據通道的不同部位的幾何形狀和尺寸來構造。圖19A1示出了採用貼片形式的支承結構180。貼片180容納著傳感器182。貼片180可以還容納其它硬體，或者只容納傳感器182。代表性傳感器182是片式熱敏電阻或表面安裝型熱敏電阻。貼片的優選最大尺寸稱為「z」,其等於或小於12mm，優選等於或小於8mm，最優選等於或小於5mm。從傳感器182的外邊緣至貼片180的外邊緣的最短距離稱作「X」。「X」等於或小於11mm，優選等於或小於6mm，最優選等於或小於2.5mm。為了解釋的目的，傳感器182具有不等邊，距離「y」對應於傳感器182的外邊緣至貼片180的外邊緣的最長距離。儘管具有不等邊，但最短距離「X」是優選實施例中的需要確定的因素。可以理解，傳感器182的整個表面可以被粘結劑覆蓋，因此傳感器與支承結構的外邊緣之間沒有距離。一個代表性實施例包括一個傳感器，它的在BTT部位與皮膚相接觸的表面由Mylar製成。構成了傳感器本身的Mylar表面可以在其與皮膚相接觸的一面上具有粘結劑。如圖19A2所示，傳感器182的用於固定在皮膚11上的表面上具有粘結劑。這樣，傳感器可以根據本發明的原理而被施加在BTT部位上。優選的距離「X」等於或小於2.5mm,以便將傳感器182精確定點安置在通道的主進入部位，並因此而獲得最佳信號，而且可以應用在要求最高測量精度的場合，例如用於監視手術過程。儘管貼片被用作支承結構，以描繪優選尺寸，但可以理解，相同的尺寸可以應用於根據本發明原理的任何支承結構，包括夾子、內眥墊、 頭部安裝機構等等。圖19B是圓形貼片180的代表性實施例，其帶有片式傳感器182。優選的尺寸「x」和「z」可以與圖19A1中所示情況一樣採用。圖19C是貼片180的代表性實施例，其帶有珠狀傳感器182。優選的尺寸「X」和「z」可以與圖19A1中所示情況一樣採用。圖19D是支承結構180的代表性實施例，其帶有傳感器晶片15。傳感器晶片15包括集成為晶片一部分的傳感器，例如專用集成電路(ASIC)。例如，傳感器晶片15包括傳感器15a、處理器15b和發射器15c。優選的尺寸「X」可以與圖19A1中所示情況一樣採用。其它硬體例如電源27可以容納在支承結構180中，該支承結構具有一個長尺寸「d」，只要尺寸「X」得以保證，尺寸「d」就不會影響性能。支承結構和傳感器被調節，以便與通道的幾何形狀和尺寸相匹配，從而實現接觸測量或傳感器不在BTT部位與皮膚接觸的非接觸測量。圖20A至20C示出了根據本發明的適用於任何支承結構的優選尺寸「X」。從支承結構180的外邊緣180a至傳感器182a的外邊緣的距離為11mm，如圖20A所示。優選地，從支承結構的外邊緣180a至傳感器182a的外邊緣的距離為6mm，如圖20B所示。最優選地，從支承結構的外邊緣180a至傳感器182a的外邊緣的距離為2.5mm，如圖20C所示。傳感器182相對於眼內角184的位置顯示於圖2IA和2IB中。支承結構180將傳感器182定位成與眼內角184對準(圖21B)。優選地，如圖21A所示，支承結構180將傳感器182定位在眼內角184上方。採用貼片或夾子形式的支承結構的優選實施例由選用在醫院場所和健康護理場所，包括用於連續監視發燒和體溫峰值。採用內眥墊或頭部安裝機構形式的支承結構優選用於監視業餘運動員、專業運動員、軍人、消防員、建築工人和其它大體力勞動者的高體溫、低體溫和水合狀態，監視職業安全性，以及防止因陽光造成的熱損失而產生皺紋。圖22A至22C是優選實施例的透視圖，其中一個人100佩帶著的支承結構採用設在眼鏡206上的內眥墊204的形式。在圖22A所示的優選實施例中，內眥墊204容納著傳感器202。連接臂208將內眥墊204毗鄰眼鏡的常規鼻墊212連接到眼鏡206的鏡架。傳感器202毗鄰眼210的內角安置在內眥區域的上側部位。圖22B是一個代表性實施例，其中一個人100佩帶著的支承結構採用的是帶有傳感器202的內眥墊204的形式，其集成在特殊結構的眼鏡架216上並且包含LED 228、230。連接著左側鏡片邊框222與右側鏡片邊框224的連接件220被構造和安置成高於與鏡片邊框222、224相關的常規眼鏡結構中的連接件。由於連接件220的抬高位置以及眼鏡架216的特殊結構，左側鏡片邊框222的上邊緣222a安置在眉毛226的略微上方。通過這種結構，內眥墊204可被安置在BTT部位，同時LED 228、230對準視軸線。內眥墊204的臂232可以是柔性和可調的，以適當地將傳感器202在BTT部位定位在皮膚上，並且在不需要測量時從BTT部位移開。LED 228是綠色的，LED 230是紅色的。並且在信號到達特定閾值時LED228、230 啟動。圖22C是一個代表性實施例，其中一個人100佩帶著的支承結構採用的是帶有傳感器202的內眥墊204的形式。來自傳感器202的信號從容納在眼鏡236的鏡腿中的發射器234無線發送出來。接收單元238接收來自發射器234的信號，以便處理和顯示。代表性接收單元238包括鐘錶、行動電話、尋呼機、手持式計算機等。圖23A至23B是替代性實施例的透視圖，顯示了眼鏡244上的改型鼻墊242。圖23A中的透視圖示出的眼鏡244包含一個帶有傳感器24 0和處理器241的改型鼻墊242，由眼鏡腿250支撐著的汗液傳感器246和電源248，以及由眼鏡腿254支撐著的發射器252，所有上述元件均被電連接著。改型鼻墊242由加大尺寸的鼻墊構成，其具有牛角狀向上延伸部243，用於將傳感器240定位在通道末端的頂部。圖23B中的透視圖示出的眼鏡256包含一個帶有傳感器240的加大尺寸的改型鼻墊258、由眼鏡腿262支撐著的汗液傳感器260、由眼鏡腿266支撐著的發射器264。加大尺寸的改型鼻墊258優選在其上側部位具有12mm或以上的尺寸，並且根據本發明的尺寸和原理在其外邊緣包含傳感器240。圖24中所示的另一個優選實施例提供了支撐著內眥墊260的護目鏡268，該內眥墊260適合於將傳感器262、264在通道末端定位在皮膚上。如圖所示，護目鏡268還支撐著發射裝置261、電源263、諸如LED等局部報告裝置265以及用於遠程報告的天線267。天線267優選集成為護目鏡268的鏡片邊框269的一部分。如圖25所示，與內眥墊272中的傳感器270產生的信號相關的附加裝置包括電源開關274、構成了模式選擇器的設置開關276、用於無線傳送信號的發射器278、揚聲器282、壓電裝置283、輸入裝置284和處理裝置286。這些裝置274、276、278、282、284和286優選由眼鏡280的任一部位支撐著。可以理解，能夠存儲數據的各式各樣的器件、開關和控制裝置，計時和其它多功能開關，以及用於有線傳送信號的電線，可以組合在裝置中。圖26A是一個優選實施例的後側透視圖，顯示了由眼鏡292的內眥墊290、289支撐著的傳感器299、300，此外，還示出了鏡片邊框297、顯示器298，以及發射器288、汗液傳感器294和布置在眼鏡292的眼鏡腿295和鏡片邊框293中用於連接至顯示裝置296的電線 296。圖26B是眼鏡292的前側透視圖，眼鏡包括汗液傳感器294、發射器288以及布置在眼鏡292的眼鏡腿295和鏡片邊框293中用於連接至顯示裝置的電線296。在本實施例中，汗液傳感器294產生代表汗液中的物質濃度並且在左側顯示器296上的信號(例如鈉濃度9mmol/L)，由內眥墊290支撐著的傳感器300產生顯示在右側顯示器298上的代表腦溫度的信號例如98 T。汗液傳感器可以是多孔的或多微孔的，以使在測量化學成分時同向傳感器的流體通道最佳。各式各樣的顯示裝置和用於適當聚焦的相關透鏡可以使用，其中包括液晶顯示器、LED、光纖、微投影儀、等粒子裝置等。可以理解，顯示裝置可以直接安裝在透鏡上或者與透鏡集成為一體。還可以理解，顯示裝置可以包括容納在鏡片邊框內或鏡片邊框外側的分立部分。此外，保持在鏡片邊框293、297中的兩個透鏡和顯示裝置296、298可以被替換為單一的單元，其可以直接安裝在眼鏡292的眼鏡架上，使用或不使用鏡片邊框293、297。圖27是另一個優選實施例的透視圖，顯示了三件式支承結構304，其優選包括一個用作可互換連接件的內眥墊連接部件303。本實施例包括三個部件。部件301包括左側鏡片邊框301a和左側眼鏡腿301b。部件302包括右側鏡片邊框302a和右側眼鏡腿302b。部件303稱作內眥墊連接部件，其包括眼鏡跨接件303a和眼鏡墊結構303b。連接部件303特別適合於提供內眥墊306，以將傳感器308定位在BTT部位。在本實施例中，使用者可以根據本發明而購買三件式眼鏡，·其中連接部件303不具有傳感能力，因此其成本低。然而，三件式支承結構304提供了通用性，即能夠用具有傳感性能的連接部件303替換不具有傳感性能的連接部件303。如圖27所示，帶有內眥墊306和傳感器308的連接部件303還包括射頻發射器310和電池312。因此，連接部件303提供了所有必需的硬體，包括用於傳感、發射和報告信號的裝置。本領域中任何用於連接的裝置可以使用，包括壓力裝置、滑動裝置、銷釘等等。圖28A所示的另一個優選實施例提供了支撐著傳感器316的可拆下的內眥部件314。如圖所示，眼鏡318的跨接件320以可釋放的方式連接著內眥部件314。眼鏡318還包括由前部311支撐著的汗液傳感器322、324以及由眼鏡腿313支撐著的發射裝置326。眼鏡318的前部311限定出一個前額部分，其延伸橫跨佩帶者的前額並且容納著汗液傳感器322、324。汗液穿過汗液傳感器322、324中的薄膜並且到達一個電極，以產生與汗液中的分析物的量成正比的電流。圖28B是可拆下的內眥部件314的後側透視圖，顯示了位於左側臂328中的視頻報告裝置323、325例如綠色LED和紅色LED，還顯示了用於定位在通道末段的傳感器316以及用於將內眥部件314的右側臂329和左側臂328的電連接起來的電線326。圖28C是可拆下的內眥部件314的前側透視圖，顯示了位於臂329中的電源330、發射器332和傳感器316以及用於將內眥部件314的右側臂329和左側臂328的電連接起來的電線326。內眥部件314可以被替換為不帶傳感器的常規鼻墊，其具有與內眥部件314相同的大小和尺寸，用於與圖28A所示的眼鏡318上的跨接件320適當地匹配。除了 LED以外，可拆下的內眥部件還可以具有用於顯示數值的內置式IXD顯示器和/或RF發射器。因此，可拆下的內眥部件可以具有一個或多個報告裝置，它們被集成為單一的傳感報告單元。圖29是支承結構的一個優選實施例的後側透視圖，支承結構採用的是眼鏡夾子340的形式，並且包括諸如鉤子或磁體等連接器件338、發射裝置342、處理裝置344、電源346、安裝在三軸旋轉結構349上以便適當定位在BTT部位上的內眥墊348、傳感器350。夾子340適於安裝在常規眼鏡上並且將內眥墊348裝配在眼鏡的常規鼻墊上。
傳感內眥墊優選連接在安裝結構例如眼鏡上，而不需要使用專門的連接或安裝裝置例如凹槽、銷釘等等將其安裝在該眼鏡上。這一實施例提供了將傳感內眥墊通用於任何類型或牌號的安裝結構上的途徑。圖30中示出了內眥墊352的前側透視圖，內眥墊包括粘結性襯墊354，用於將內眥墊352固定在安裝結構例如眼鏡或是其它支承結構上。粘結性表面354適於匹配眼鏡上的一個能夠用於將內眥墊352固定在眼鏡上的區域，例如對應於眼鏡的常規鼻墊的區域。內眥墊352用作一個完全獨立的單元，並且容納著傳感器356、電源358和報告裝置360，它們通過電線361、362而彼此電連接著。報告裝置360包括視覺局部包括裝置(例如LED)、聲頻裝置(例如壓電器件、語音晶片或揚聲器)、利用無線電傳送的遠程報告裝置。圖31A是支承結構的一個替代性實施例的頂部透視圖，該支承結構採用的是眼鏡380，其中常規鼻墊366、376中帶有孔364、365，用以固定專門的內眥墊。眼鏡380包括電線368，其布置在眼鏡380的眼鏡架的右側鏡片邊框371中，該電線368將容納在右側眼鏡腿369中的發射器370連接到鼻墊366。眼鏡380還包括安裝在左側鏡片邊框365的頂部的電線363，該電線363將安裝在左側眼鏡腿374頂部的發射其372連接到鼻墊376。圖31B是支承結構380的一部分的放大透視圖，其中常規鼻墊376中帶有孔365。圖31C是帶有孔364的常規鼻墊366的側面透視圖。圖31D是固定在常規鼻墊366的孔364上的內眥墊382的側面透視圖。圖32A是一個佩帶著支承結構的人100的透視圖，該支承結構包括內眥蓋390，其固定在眼鏡394的常規鼻墊392的頂部。圖32B是內眥蓋390的後側透視圖，示出了傳感器396、發射器晶片398和用於將內眥蓋390固定在鼻墊上的開口 397。圖33A是固定在鼻墊392上的內眥蓋390的透視圖。內眥蓋390包含傳感器396、發射器晶片398和開口 397。圖33B中的透視圖示出了將內眥蓋390固定在鼻墊392上後的最終結構。本發明提供了專用鼻 墊，用於將傳感器適當地定位在BTT部位上。圖34是改型的左側可旋轉鼻墊400的透視圖，其適用於將傳感器安置在通道末端的皮膚上，並且包括鼻墊402，該鼻墊具有傳感器401、臂402、容納著轉動機構的外殼406，該轉動機構允許鼻墊像刻度盤那樣轉動，以將傳感器401定位在以I和2標記的通道不同位置上。在位置1，傳感器對準內眥角並且到達通道主入口點的總體區域，在位置2，傳感器被安置在內眥角上方，並且正好位於通道主入口點處。通過這一實施例，可自動啟動傳感系統並且利用了鼻梁部溫度低這一優點，如圖1 (鼻部是暗的)和圖2 (鼻部是紫色和藍色的)。當鼻墊位於靜止位置(零位)時，傳感器401停靠在溫度為35.7°C的低溫區域，此處對應於鼻墊在鼻子上的常規位置。在零位，傳感器處於休息模式(溫度為35.8°C或以下)。通過將傳感器切換到高溫區域例如總體區域(位置I)或主入口點(位置2)，可自動啟動傳感器，使之進入啟動模式，並且開始發揮傳感功能。可以理解，根據本發明的原理，可以採用各式各樣的專用鼻墊和內眥墊，包括可以使得墊全部或部分摺疊的可樞轉鉸鏈，使用彈簧、可迴轉或者可在槽中滑動的自調節墊等等，以及適用於不同人種身上的不同解剖學結構的自調節機構。可以理解，改型的鼻墊優選在眼鏡架中安置在靠上位置，最優選連接在鏡片邊框的上部或位於距鏡片邊框上邊緣6mm範圍內。
各式各樣的材料可以被使用，包括具有超級粘著性的材料，以便能夠將傳感裝置緊密貼附在BTT部位上。各式各樣的具有超強彈性的金屬線可以被用作鉸鏈組裝機構，以將傳感裝置適當定位在BTT部位上。內眥墊可以由柔性樹脂材料製成，例如矽橡膠、導電塑料、導電彈性體材料、金屬、柔韌材料等，以適宜地在內眥區域定位在BTT部位上，並且實現適當的功能。還可以理解，內眥墊可以具有彈性和可模製性，並且包括這樣的材料，即其在受到應力後會保持承受應力形狀，即使應力被取消。任何類型的橡膠、矽酮等具有形狀記憶功能的材料可以被用在內眥墊和改型鼻墊中。通過使用適於俘獲來自BTT的熱輻射的傳感器，以極大地降低或消除幹擾成分並且提供高信噪比，本發明提供了利用光學途徑例如紅外頻譜來準確且高精度測量活體中生物學參數包括化學參數的措施。另外，本發明的裝置和方法通過增強信號而能夠通過多種技術和使用不同類型的電磁輻射來獲得臨床實用讀取值。除了近紅外頻譜，本發明還可以使用其它形式的電磁輻射來獲得優異結果和高信噪比，例如中紅外輻射、聲波阻抗、光聲頻譜、喇曼頻譜、可見光頻譜、紫外線頻譜、螢光頻譜、散射頻譜、偏振光偏振面轉動，以及其它技術例如螢光(包括梅納反應，光感應螢光，以及利用紫外光感應出的葡萄糖螢光)、比色技術、折射率、光反射、熱梯度、衰減全內反射、分子印跡等等。適合於在BTE (腦熱能)通道部位俘獲熱能的傳感器提供了利用電磁器件測量生物學參數的光學途徑。BTE通道是生理學BTT的物理等同物，並且這裡被用來定義通道的物理特性。BTT和BTE在皮膚表面的幾何形狀和尺寸相同。BTE通道的下述光學特性可以實現光學信號的獲取。BTE通道末端的皮膚薄。如果皮膚厚，則輻射可能無法穿透併到達被測量物質。BTE通道的皮膚是均質的，即沿整個表面具有恆定厚度。其它區域出現的皮膚的隨機厚度會阻礙實現所需精度。BTE通道沒有脂肪。根據患者個人物理特性例如脂肪量的不同，不同患者的反射或傳送的信號的強度會顯著不同。位於BTE末端的血管是淺的、位於終端並且沒有溫度調節短路。在皮膚的其它部分，深層血管位於深位，並且在不同人的體內其位置和深度區別極大。BTE通道在其末端不被覆蓋散光元件例如骨頭、軟骨等。熱輻射不必穿過軟骨或骨頭就能到達被測量物質。BTE通道在皮膚上的末端具有特殊但固定的幾何形狀，並且由永久性解剖學界標劃分界限。在人體的其它皮膚表面，通道末端以及檢測器的位置不定性是造成誤差和可變性的重要因素。在天然熱輻射作用於被測量物質上並被其吸收後，遠紅外輻射頻譜可測量該熱輻射。本發明提供了熱穩定介質，幹擾成分數量少，且來自BTE通道的熱輻射在到達檢測器之前僅需要穿過薄皮膚這一結構。因此，通過將BTE發射的熱能轉化成被測量物質的濃度，可以獲得高準確度和精度。BTE通道的天然頻譜發射隨著化學物質的存在與否及其濃度而變化。遠紅外熱輻射附合普朗克輻射定律，並且熱輻射的預期量可以計算出來。通過測量相關物質頻段之外的熱能吸收，可計算出基準強度。通過比較BTE通道部位的實測和預期值，可以利用頻譜法確定出相關物質頻段內的熱能吸收。然後，根據吸收的熱能的量，信號被轉化成受測物質的濃度。

適用於觀測BTE通道的傳感器提供了這樣的途徑，即其利用BTE通道部位發出的遠紅外輻射並且將比爾-朗伯定律應用於活體來測量相關物質。來自BTE通道部位表面的紅外輻射能量頻譜對應於化學物質的頻譜信息。以38°C發射的熱輻射可以包含4，000至14，OOOnm的波長範圍。例如，葡萄糖強烈吸收9，400nm頻段左右的光。在遠紅外輻射從BTE通道部位發出後，葡萄糖將對應其吸收頻段而吸收部分輻射。葡萄糖頻段所吸收的熱能與BTE通道中存在的熱封閉和熱穩定環境中的血液葡萄糖濃度呈線性關係。支承結構中包含至少一個發射源，其用於發射與BTE部位的受測物質相互作用的紅外線至可見光，以及一個檢測器，其用於收集所產生輻射。本發明提供了用於測量生物學參數的方法，其包括以下步驟:測量BTE通道部位的紅外熱輻射；產生代表輻射強度的輸出電信號；將所產生輸入信號進行轉換；將轉換所產生輸入信號發送到處理器。處理器適用於提供所需的信號分析，以確定出受測物質的濃度並顯不結果。本發明包括用於將優選近紅外能量引導至BTE通道末端處皮膚表面中的裝置、用於對反射頻譜或背散射頻譜進行分析和轉換成受測物質濃度的裝置、用於將光源和檢測裝置毗鄰BTE通道末端處皮膚表面定位的支承裝置。本發明還提供了用於確定物質濃度的方法，其包括以下步驟:將電磁輻射例如近紅外輻射引導至BTE通道處的皮膚；檢測從BTE通道處的皮膚發出的近紅外能量；收取所產生頻譜並且提供出基於檢測的電信號；處理該信號並報告基於所述信號的相關物質濃度。本發明還包括用於對光源和檢測裝置進行定位的裝置和方法，用於相對於被導入了輻射並從此接收輻射的表面在穩定位置並且以穩定的壓力和溫度定位。本發明還包括利用內眥墊引導紅外能量通過鼻部的裝置、用於將發射源和檢測器彼此徑向對置著定位的裝置、用於對發射所產生頻譜進行分析並轉換成受測物質濃度的裝置。本發明還提供了用於測量生物學參數的方法，其包括以下步驟:利用內眥墊引導電磁輻射例如近紅外輻射通過鼻部、收集從鼻部輻射的近紅外能量、收取所產生頻譜並且提供出基於檢測的電信號；處理該信號並報告基於所述信號測量出的相關物質濃度。本發明還包括用於對光源和檢測裝置進行定位的裝置和方法，用於相對於使輻射被引導通過的表面在穩定位置並且以穩定的壓 力和溫度定位。本發明還包括用於收集來自BTE通道的天然遠紅外熱輻射的裝置、用於對輻射收集器進行定位以接收輻射的裝置、用於將從BTE通道收集的輻射轉換成受測物質濃度的裝置。本發明還提供了用於測量生物學參數的方法，其包括以下步驟:將從BTE通道發出的天然遠紅外輻射用作所產生輻射以測量相關物質；收集所產生輻射的頻譜；提供基於檢測的電信號；處理該信號並報告基於所述信號的受測物質濃度。包含注入泵的藥物投放系統可以根據BTE通道處的受測物質級別而啟動，例如，可以根據需要自動注射胰島素，以將葡萄糖級別維持正常，從而構成一個人造胰臟。血液中的任何能夠被電磁裝置分析的物質可以在BTE通道處測量出來。作為示例，但不局限於此，所述物質可以包括外來化學物質例如藥物和酒精，以及內生化學物質例如葡萄糖、氧、乳酸、膽固醇、碳酸氫鹽、荷爾蒙、穀氨酸鹽、尿素、脂肪酸、甘油三酸酯、蛋白質、肌酸酐、胺基酸等。各種數值例如PH值也可以通過反射頻譜計算出來，因為pH值與光的吸收有關。根據圖35，顯示了根據本發明的一種優選反射測量裝置的示意圖。圖35中示出了諸如紅外線LED等光源420以及光電檢測器422，二者並排安置並且布置在支承結構426中，該支承結構可以是例如內眥墊或眼鏡上的改型鼻墊，用於將輻射引導至BTE通道430，其中所述光源420貼附在BTE通道430處的皮膚428上。光源420向BTE通道430處的皮膚428傳輸輻射424，該輻射因與受測物質432相互作用而被部分地吸收，從而產生衰減了的輻射425。輻射424的一部分被受測物質432吸收，從BTE通道430發出的輻射425被光電檢測器422收集，並被處理器轉換成血液中的受測物質432的濃度。薄皮膚428是界於輻射424、425與受測物質432之間的唯一組織。通過檢測所收集到的輻射的因受測物質的衰減特性所導致的衰減量級，可得到受測物質432的濃度。紅外線LED (特定波長LED)是本實施例中的優選光源，因為這種LED可以發出已知強度和波長的光，尺寸很小，成本低，光可以精確地傳輸到預期部位。光源420優選發射至少一種近紅外波長的光，或者，也可以發射多種不同波長的光。光源發出的輻射424的波長優選在750和3000nm之間，並且包括用於受測物質432的典型吸收頻譜的波長。優選的光電檢測器包括具有400微米直徑感光區域的半導體光電二極體，其連接著放大器，並且構成一個集成電路。圖36示意性地示出了一個配戴者支承結構434的人100，其中光源436和檢測器438用於通過頻譜傳輸途徑來測量生物學參數。光源436和檢測器438彼此徑向對置著定位，以使光源436的輸出穿過含有受測物質440的鼻界面442，然後被檢測器438接收。光電檢測器438收集穿過鼻界面442後的所產生的傳輸輻射。各式各樣的布置在支承結構434例如內眥墊、鼻墊和眼鏡架中的LED和光纖優選用來實現光源436和檢測器438之間的光傳輸。支承結構434例如內眥墊的臂是可移動的，並且可被調節到不同位置，以產生固定的或可變化的光路。優選的受測物質包括氧和葡萄糖。腦維持恆定的血流，其中根據心排血量和外界條件，手足中的血流會變化。生理通道中的氧級別反映中央氧合作用。生理通道中的氧監視可體現出人體全身血液動力學狀態。許多能夠改變人體大部分灌注狀況的危重狀態例如敗血症(彌散性感染)或心臟問題可被監視到。BTE通道中的氧可以用來連續監視灌注並且檢測到早期的血液動力學變化。圖37是本發明的利用BTE通道熱輻射的另一個優選實施例的示意性剖視圖。圖37中示出了一個支承結構450，其容納著一個熱紅外檢測器444，該熱紅外檢測器具有濾波器446和傳感元件448，其中該傳感元件448優選為熱電堆，並且響應於BTE通道454自然發出的熱紅外輻射452。支承結構450適於具有這樣的傳感裝置448，即其視場對應於BTE通道454末端處的皮膚462的幾何形狀和尺寸。支承結構450提供了與皮膚462相接觸的壁456、458，其中所述壁產生了一個內腔460，內腔中容納著穿過薄皮膚462後的熱輻射453。作為示例，在BTE通道454的熱封閉和熱穩定環境中，在38°C的溫度下以9，400nm的頻段發射的頻譜輻射453被葡萄糖吸收，並且由於葡萄糖分子中存在的吡喃環中的碳一氧一碳鍵，吸收量與葡萄糖濃度呈線性關係。所產生的輻射453等於熱輻射452減去受測物質464所吸收的輻射。所產生的輻射453進入紅外檢測器444中，後者產生與所產生的輻射453的頻譜特性和強度相對應的電信號。然後，根據與受測物質464頻段之外的基準吸收強度有關的熱能吸收量，所產生的輻射453被轉換成受測物質464的濃度。
根據本發明的相同原理可以用於近紅外發射測量，以及用於連續波組織血氧計，用來評估血細胞比容、血細胞和其它血液成分。受測物質可以是內生性的例如葡萄糖,也可以是外來性的例如酒精和藥物，包括感光性藥物。多種支承結構可以用於將傳感器定位在BTT部位，以便測量生物學參數。為此，圖38是一種替代性實施例的側面透視圖，其中一個人100利用作為支承結構的頭部安裝機構470將電線478和傳感器476定位在BTT部位的皮膚上。一個容納著發射裝置、處理裝置和電源的微電子封裝件472布置在頭箍470內或安裝在其上，所述頭箍470提供了從微電子封裝件472伸出的電線478，用於與位於BTT部位皮膚上的傳感裝置476相連。可以理解，傳感裝置可以是支承結構的一個整體部分，或者連接到任何支承結構上，例如使用傳統緊固件，包括螺釘、銷釘、夾子、舌槽配合結構、互鎖件、直接附著結構、粘結劑、機械接頭等等，並且所述支承結構包括貼片、夾子、眼鏡、頭部安裝機構等等。前面公開了各種項傳感系統提供電能的裝置。BTE通道本身也提供了一種天然產生電能的新途徑。為此，圖39是一個優選實施例的示意圖，其中從BTE通道產生熱電能，以便為傳感系統供電。本發明的發電機將來自通道的熱能轉化成為系統供電所需的電力。一個熱電模塊集成在支承結構中，以便為傳感系統供電。熱電模塊優選包括熱電堆或熱電偶，其包括不同的金屬絲以產生一個結點(junction)。隨著熱量從通道開始移經熱電模塊，將產生電流。由於BTE通道被冷區圍繞，因此利用由BTE通道溫度所產生的熱電路的表面和界面處的電荷分布，可以通過塞貝克效應而在存在溫度梯度的地方感應出電動勢(emf )，以提供出用於產生電能的裝置。為此，圖39中示出了金屬絲A 470和金屬絲B 472之間的結點Tl和T2，通過將結點Tl安置在通道的主入口點、將結點T2安置在低溫區例如鼻梁(圖1B中以藍色或紫色表示，這裡稱作藍紫鼻部)，將這兩個結點保持在不同溫度。金屬絲A 470和金屬絲B 472由不同材料製成，並且因為存在熱梯度而導致電流從熱區流向冷區，電流的大小與熱電勢成比例。電勢U可以表示為U= (Qa-Qb)* (T1-T2),其中Qa和Qb表示金屬A和金屬B的塞貝克係數(熱電能XT1表示BTE通道入口點的溫度，T2表示藍紫鼻部的溫度。所產生的熱電勢可以為傳感系統充電，一個內置於系統中的電容474可以用於收集和儲存電能,MCU 476用於根據信號的測量、處理和傳 送的需要來傳輸能量。可以理解，也可以使用其它用於將BTE通道的熱能轉化成電能的裝置。還可以理解，眼的表面和眼中的肉阜也可以提供熱梯度和塞貝克效應，然而，同BTE通道末端皮膚相t匕，這些區域非常不理想，因為接觸眼的表面和/或從眼引出的硬體和電線非常不舒服且會造成感染。另一方面，本發明所公開的包括眼鏡在內各式各樣的支承結構可以容易地改造，以便以無阻礙的方式提供出本發明的電能產生系統，例如藉助於支承結構例如眼鏡，利用內眥墊將熱結點定位在BTE部位，利用眼鏡的常規鼻墊將冷結點定位在鼻子上。還可以理解，儘管利用腦熱能的電能產生系統被設計成為本發明的傳感系統供電，但其它電氣裝置也可以被供應從腦熱能通道獲得的電能。附加的實施例包括用於將傳感器定位在動物的BTT部位的支承結構。可以獲得許多有用的應用方式，包括通過檢測排卵時間而改進哺乳類動物人工受精，通過連續監視腦溫度而監視牲畜的健康狀況，檢測分娩狀況等等。為此，圖40中的優選實施例的透視圖顯示了一頭動物101，其中傳感器480安置在BTT部位，電線482連接著傳感器480和微電子封裝件484，微電子封裝件容納著發射裝置、處理裝置和電源並且安置在動物101的眼瞼囊486中。來自微電子封裝件484的信號優選以無線電波489的方式傳送。來自微電子封裝件484中的發射器的信號可以被傳輸到一個GPS頸圈，以便通過GPS裝置對動物進行定位而識別具有高體溫的動物。一旦被傳感裝置480時別的腦溫度出現升高，高溫信號將啟動GPS頸圈，以便對出現情況的動物進行定位。或者，接收到無線電波489的遠程無線電站將在接收到異常信號後啟動GPS系統。在這種情況下，微電子封裝件484中的發射器只向遠程無線電站發送信號，而不向GPS頸圈發送信號。圖41A是一種可攜式支承結構490的透視圖，該支承結構將傳感器492定位於在BTT部位接觸皮膚494，以測量生物學參數。採用測溫計的形式並且帶有接觸型傳感器492的支承結構490被第二人17保持，以將傳感器492定位在皮膚494上並實施測量。圖41B是一種可攜式支承結構496的透視圖，該支承結構具有壁部500，用於將非接觸型傳感器498例如熱電堆定位，該傳感器具有與BTT末端的皮膚區域的幾何形狀和尺寸的整體或部分相匹配的視場。採用紅外線測溫計形式的支承結構496被第二人105保持，以定位傳感器498並測量生物學參數。儘管可以理解，可根據本發明而將紅外探測器指向BTT部位，但由於外界溫度的作用，因此不能獲得同樣高的臨床實用性。因此，支承結構496包含壁部500，以產生一個限定的環境，使熱輻射從通道上的皮膚到達傳感器498。支承結構的壁部500被構造成與通道的幾何形狀相匹配，並且提供出內腔499，該內腔的邊界由傳感器492的表面與通過所述傳感器498進行觀測的皮膚區域493構成，類似於參照圖37所描述的方式。還可以理解，對於本領域的技術人員而言，在本發明的範圍內，顯然可以作出各種修改。例如，可以將一個傳感器安置在BTT部位的皮膚上，然後，將粘帶置於傳感器頂部，以將傳感器固定就位於BTT部位。因此，在本實施例中，傳感器不需要具有粘結性表面或用於永久性連接上述傳感器的支承結構。

可以理解，任何電化學傳感器、熱電傳感器、聲傳感器、壓電傳感器、光學傳感器等等可以被根據本發明原理的用於測量生物學參數的支承結構支撐。可以理解，電流型、電勢型、電導型、重力型、阻抗型、系統型等等傳感器可以用在本發明的用於測量生物學參數的裝置中。還可以理解，其它生物傳感形式可被採用，例如離子電導、焓、重量等的變化，以及免疫生物交互作用等等。前面的描述僅被認為是用來解釋本發明的原理。由於本領域的技術人員容易作出各種修改和變化，因此本發明並不局限於這裡顯示和描述的具體結構和操作，並且所有適宜的修改和等同替代均被落入本發明的範圍內。
權利要求
1.一種支承結構，其用於在一個腦通道的末端安置在皮膚上，所述支承結構包括: 一個外殼，其用於在腦通道的末端安置在皮膚上； 一個傳感器，其容納在所述外殼中，用於在毗鄰眼內角位於內眥腱上方的內眥區域中測量在腦通道的末端產生於皮膚上的信號； 所述傳感器毗鄰所述外殼的一個邊緣安置。
2.一種支承結構，用於在一個腦通道的末端毗鄰皮膚安置，所述支承結構包括: 一個外殼，其用於在毗鄰眼內角位於內眥腱上方的內眥區域中在腦通道的末端毗鄰皮膚安置; 一個傳感器，其容納在所述外殼中，並且被所述外殼分隔，以向腦通道投射所述傳感器的視場。
3.一種用於測量生物學參數的眼鏡，包括: 一個右側鏡片邊框和右側眼鏡腿組件； 一個左側鏡片邊框和左側眼鏡腿組件； 一個內眥連接件，其具有支承橋接件和鼻墊部分，所述支承橋接件可釋放地連接著所述右側鏡片邊框和右側眼鏡腿組件和所述左側鏡片邊框和左側眼鏡腿組件； 所述內眥連接件中包含一個傳感器，所述傳感器毗鄰所述鼻墊部分中的至少一個的邊緣安置在毗鄰眼內角位於內眥腱上方的內眥區域中，用於測量在腦通道的末端產生於皮膚上的信號。
4.一種用於測量腦通道中的生物學參數的頭部安裝支承結構，包括: 一個將被配戴在頭部上的外殼； 一個容納在外殼中的汗液傳感器，其可被操作，以在毗鄰眼內角位於內眥腱上方的內眥區域中在腦通道的末端接收來自頭部的汗液，並且產生與汗液中存在的物質的濃度相對應的信號。
5.一種用於測量腦通道中的生物學參數的支承結構，包括: 用於配戴在面部的眼鏡； 可釋放地連接著所述眼鏡的內眥部件； 所述內眥部件中包含一個傳感器，用於在毗鄰眼內角位於內眥腱上方的內眥區域中測量在腦通道的末端產生於皮膚上的信號。
6.一種用於測量腦通道中的生物學參數的內眥墊，包括: 一個外殼； 一個位於所述外殼中的傳感器，用於在毗鄰眼內角位於內眥腱上方的內眥區域中測量在腦通道的末端產生於皮膚上的信號； 一個電源； 一個報告裝置； 所述傳感器、所述電源和所述報告裝置彼此電連接著，以產生並報告信號。
7.一種用於測量腦通道中的生物學參數的支承結構，包括: 用於配戴在面部的眼鏡； 一個用於眼鏡的鼻墊，其設有一個孔，用於將一個具有傳感器的內眥墊固定在眼鏡上，所述傳感器在毗鄰眼內角位於內眥腱上方的內眥區域中測量在腦通道的末端產生於皮膚上的信號； 一個電連接器，其將所述鼻墊連接到一個報告裝置。
8.一種用於測量腦通道中的生物學參數的支承結構，包括: 一個內眥蓋，其用於固定在眼鏡的鼻墊部分上； 一個傳感器，其容納在所述內眥蓋中，用於在毗鄰眼內角位於內眥腱上方的內眥區域中測量在腦通道的末端產生於皮膚上的信號； 其中所述傳感器測量生物學參數。
9.一種用於測量腦通道中的生物學參數的支承結構鼻墊，包括: 一個外殼； 一個容納在所述外殼中的傳感器，用於在毗鄰眼內角位於內眥腱上方的內眥區域中測量在腦通道的末端產生於皮膚上的信號； 一個可旋轉機構，其 連接著所述傳感器，並通過轉動所述外殼而將傳感器定位在不同位置。
10.一種用於測量腦通道中的生物學參數的支承結構，包括: 用於被配戴以接觸面部皮膚的眼鏡； 一個容納在眼鏡中用於向著皮膚發射的電磁發射源； 一個光電檢測器，其容納在眼鏡中，以在毗鄰眼內角位於內眥腱上方的內眥區域中檢測在腦通道的末端從所述皮膚發出的電磁輻射的強度； 其中，所述光電檢測器檢測代表著受測生物學參數濃度的頻譜變化。
11.一種支承結構，其用於在一個腦通道的末端安置在皮膚上，所述支承結構包括: 一個外殼，其用於在腦通道的末端安置在皮膚上； 一個傳感器，其容納在所述外殼中，用於在毗鄰眼內角位於內眥腱上方的內眥區域中測量在腦通道的末端產生於皮膚上的信號； 所述傳感器毗鄰所述外殼的一個邊緣安置； 一個電氣裝置，其將所述傳感器連接到一個處理裝置和一個報告裝置。
12.一種用於測量腦通道中的生物學參數的支承結構，包括: 一個檢測裝置，其在毗鄰眼內角位於內眥腱上方的內眥區域中在腦通道的末端接收來自腦通道的紅外能量，並且基於所述腦通道中產生的紅外能量來測量所述腦通道中存在的至少一種物質的紅外吸收量；以及一個處理裝置，其基於測量到的紅外吸收量而確定出所述至少一種物質的濃度。
13.一種支承結構，其用於在一個腦通道的末端安置在皮膚上，所述支承結構包括: 一個熱電裝置，其具有彼此不同的線材，以將來自腦通道的熱能轉化為電能； 一個內眥墊，其在毗鄰眼內角位於內眥腱上方的內眥區域中安置在腦通道上並且容納著所述熱電裝置的一個熱結點； 一個鼻墊，其安置在鼻子上並且容納著所述熱電裝置的一個冷結點； 一個傳感器，其由熱電裝置供電； 一個電容，其用於儲存熱電裝置產生的電能。
14.一種體育活動管理裝置，包括: 一個溫度傳感器，其用於在使用者的毗鄰眼內角位於內眥腱上方的內眥區域中在腦通道的末端測量使用者的腦溫度； 一個處理器，其利用使用者的腦溫度來確定使用者身體的熱狀態； 一個報告裝置，其 在熱狀態位於預定值之外時向使用者報告。。
全文摘要
本發明公開了支承結構，用於將傳感器定位在生理通道上，以便測量人體物理、化學和生物學參數並且根據參數的測量值來產生行動。支承結構中包含利用特殊幾何形狀裝配在支承結構上的傳感器，用以獲取連續且無幹擾的人體生理數據。通過無線傳送，例如電磁波、無線電波、紅外線、聲波等通過視頻或聲頻傳送而被局部報告。物理和化學參數包括腦功能、代謝功能、流體動力學功能、血液中化合物級別等等。安置在生理通道末端的支承結構包括貼片、夾子、眼鏡、頭部安裝機構等等，其容納著無源或有源傳感器，使傳感器定位於並接觸生理通道。
文檔編號A61B5/04GK103169454SQ20121036191
公開日2013年6月26日 申請日期2003年4月22日 優先權日2002年4月22日
發明者馬爾西奧·馬克·阿布雷烏 申請人:馬爾西奧·馬克·阿布雷烏